Aşırı Ortam
90 derecede karışık nitrik-hidroflorik asitle temizleme, endüstriyel kimyasal işlemedeki en agresif ortamlardan birini temsil eder. Çözelti-tipik olarak %10-%20 HNO₃ ve %2-5 HF, nitrik asidin güçlü oksitleyici gücünü florür iyonunun metaller üzerindeki koruyucu oksit filmleriyle kompleks oluşturma ve çözme konusundaki benzersiz yeteneğiyle birleştirir.
Tantal-%2,5 tungsten alaşımı (Ta-2,5W), bu hizmet için piyasada bulunan korozyona en dayanıklı metalik malzemedir. Saf tantal zaten olağanüstü bir direnç sergiliyor; tungsten ilavesi alaşımı güçlendirir ve pasif film üzerindeki katı çözelti etkileri yoluyla florür saldırısına karşı direnci daha da artırır.
PTFE hem asitlere hem de bunların kombinasyonlarına karşı dayanıklıdır. Saldırılacak pasif bir film yok. Florürün kompleks oluşturması için metal atomları yoktur. Bu zorlu ortamda en dirençli metal ile inert polimer arasındaki karşılaştırma, metalik korozyona karşı korumanın temel sınırlarını aydınlatıyor.
Florür Saldırısı Altındaki Tantal Pasif Film
Tantal, bilinen kimyasal olarak en dirençli oksitlerden biri olan Ta₂O₅ pasif filmi aracılığıyla karışık HNO₃-HF'ye direnç gösterir. Film nitrik asitte tüm konsantrasyon ve sıcaklık aralığında stabildir. Florür iyonlarının varlığında film yavaş bir çözünme reaksiyonuna girer:
Ta₂O₅ + 14HF → 2TaF₇²⁻ + 5H₂O + 4H⁺
Tantal-florür kompleksi çözünür. Film çözülür. Alttaki tantal metali, yüzeyi yeniden oksitleyen ve pasif filmi yeniden şekillendiren nitrik asitle reaksiyona girer. Net sonuç, HF konsantrasyonuna, sıcaklığa ve HNO₃/HF oranına bağlı olan tantalın- korozyon hızının sürekli, yavaş bir kaybıdır.
Ta-2,5W'a tungsten ilavesi bu davranışı değiştirir. Pasif filmde bulunan tungsten atomları elektronik yapısını değiştirerek onu florür saldırısına karşı daha dayanıklı hale getiriyor. Karışık HNO₃-HF'deki Ta-2,5W'nin korozyon hızı, aynı koşullar altında saf tantaldan yaklaşık %30-50 daha düşüktür. Bu önemli bir gelişme ama mekanizmanın ortadan kaldırılması değil, oranın azaltılmasıdır.
| Korozyon Parametresi | Tantal (Saf) | Tantal-2.5W | PTFE |
|---|---|---|---|
| Korozyona karşı koruma mekanizması | Ta₂O₅ pasif film | W-modifiye Ta₂O₅ pasif film | Doğal C-F bağ kararlılığı |
| 90 derecede (mm/yıl) %15 HNO₃ + 3% HF'de korozyon oranı | 0.02-0.08 | 0.01-0.05 | 0 |
| HF'nin %5'e çıkması halinde korozyon oranı (mm/yıl) | 0.05-0.15 | 0.03-0.10 | 0 |
| HNO₃/HF oranına duyarlılık | Yüksek (film stabilitesi oksitleyici/florür dengesine bağlıdır) | Ilıman | Hiçbiri |
| Sıcaklığa duyarlılık | Yüksek (oran her 15 derecede yaklaşık iki katına çıkar) | Yüksek | Yok (260 derecenin altında) |
| Kaynak bölgesi korozyonu | Tercihli saldırı mümkün | Azaltıldı ama ortadan kaldırılmadı | Yok (kaynak yok) |
| Malzeme maliyeti (göreceli) | 40-60× | 50-80× | 1× |
Sıcaklık İvme Faktörü
Tantalın florür-içeren çözeltilerdeki korozyon hızı büyük oranda sıcaklığa-bağlıdır. Her 15 derecelik artışta bu oran yaklaşık iki katına çıkıyor. 60 derecede Ta-2.5W ısı değiştirici 5-8 yıl hizmet verebilir. 90 derecede servis ömrü 2-3 yıla kadar kısalabilir. 110 derecede 12-18 ay içerisinde değişim gerekebilir.
PTFE'nin korozyon oranı her üç sıcaklıkta da sıfırdır. Isı eşanjörünün hizmet ömrü, kimyasal saldırıyla değil, buhar basıncından kaynaklanan mekanik sızıntıyla belirlenir. 90 derecede, uygun buhar basıncı kontrolü ile PTFE, Ta-2.5W'dan 5-7 kat daha uzun, 15+ yıl hizmet ömrü sağlar.
Gezi Güvenlik Açığı
Asitleme banyolarındaki HNO₃/HF oranı işletme sırasında değişiklik gösterir. Durulama suyunun iş parçasının sürüklenmesi-banyoyu sulandırır. Konsantrasyonu eski haline getirmek için asit eklemeleri, spesifikasyona biraz aykırı- oranlarla yapılabilir. Buharlaşma kayıpları bileşimi değiştirir. Bu değişiklikler, tantalın pasif filmini korumak için kullandığı oksitleyici/florür dengesini değiştirir.
Örneğin, asit ekleme hatası nedeniyle HNO₃/HF oranının düşük olduğu bir dönem-, örneğin-pasif filmi tantaldan, mevcut nitrik asidin yeniden oluşturabileceğinden daha hızlı sıyırabilir. Ortaya çıkan aktif korozyon asit oranı düzeltilene kadar devam eder. Tek bir hareketten kaynaklanan hasar, aylarca süren normal servis korozyonuna eşit olabilir.
PTFE'nin asit oranına duyarlılığı yoktur. Herhangi bir büyüklükteki bir oran sapması, malzemeyi değişmeden bırakır. Bu gezinin hayatta kalma kabiliyeti, pratik hizmet ömrünün belirlenmesinde kararlı-durum korozyon hızı kadar değerlidir.
Özet
PTFE ısı eşanjörleri, 90 derecede karışık HNO₃-HF dekapajına karşı koşulsuz olarak bağışıklıdır; tantal-%2,5 tungsten alaşımı-bu hizmet için en dirençli ticari metal-florür tarafından pasif film çözünmesi yoluyla yılda 0,01-0,05 mm hızla paslanır. Korozyon hızı sıcaklıkla birlikte hızlanır ve HNO₃/HF oranına duyarlıdır. PTFE, 5-7 kat daha uzun bir hizmet ömrü sağlar, proses sapmalarına karşı hassasiyeti ortadan kaldırır ve refrakter alaşımın bir kısmına mal olur. PTFE'nin sıcaklık limitleri dahilindeki karışık HNO₃-HF hizmetinde PTFE üstün seçimdir.
Karışık asitle temizlemede PTFE ısı eşanjörü spesifikasyonu için mühendislik desteği, asit konsantrasyonlarının, normal ve anormal sıcaklık aralıklarının ve mevcut ekipman hizmet ömrü verilerinin sunulması üzerine sağlanır.
