Il problema dell'accumulo di carbonato
I bagni di ramatura al cianuro accumulano sali di carbonato nel tempo. Il carbonato di sodio e il carbonato di potassio si formano attraverso l'assorbimento dell'anidride carbonica atmosferica da parte del bagno fortemente alcalino (pH 12-13). La reazione è: 2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O. La concentrazione di carbonato aumenta gradualmente durante il normale funzionamento del bagno.
Il problema accelera sulla superficie del riscaldatore. I riscaldatori metallici ad immersione, con temperature delle pareti di 80-100 gradi, creano zone localizzate dove la solubilità del carbonato viene superata. Il carbonato precipita come scaglia dura e cristallina sulla superficie del tubo. Il calcare isola i tubi, riduce il trasferimento di calore e alla fine richiede una decalcificazione meccanica o chimica. La procedura di decalcificazione-solitamente utilizzando acido cloridrico genera rifiuti pericolosi e consuma tempo di produzione.
Uno scambiatore di calore in PTFE funziona a una temperatura della parete più bassa (55-70 gradi), dove la solubilità del carbonato è maggiore. Le precipitazioni sulla superficie del tubo sono notevolmente ridotte. Il carbonato rimane disciolto nel bagno sfuso, dove può essere gestito mediante normali procedure di congelamento o precipitazione, anziché formarsi sulla superficie del riscaldatore.
Il meccanismo di solubilità-dipendente dalla temperatura
La solubilità del carbonato di sodio in acqua dipende fortemente dalla temperatura-. A 30 gradi (temperatura tipica del bagno di massa per il rame al cianuro), la solubilità è di circa 50 g/100 ml. A 80 gradi (temperatura della parete metallica del riscaldatore), la solubilità scende a circa 45 g/100 ml. A 95 gradi (temperatura della parete del riscaldatore in titanio), scende ulteriormente a circa 42 g/100 ml.
Il bagno a 30 gradi può essere inferiore al limite di saturazione dei carbonati. Il sottile strato limite sulla superficie del riscaldatore, riscaldato a 80-95 gradi, supera il limite di saturazione locale. Il carbonato precipita direttamente sulla superficie del tubo. La precipitazione è continua finché il bagno contiene carbonato disciolto e il riscaldatore mantiene la temperatura elevata delle pareti.
La temperatura più bassa delle pareti del PTFE (55-70 gradi) mantiene lo strato limite più vicino alla temperatura del bagno. La solubilità a 60 gradi è circa 47 g/100 ml più vicina al valore volumetrico e ha meno probabilità di superare la saturazione. La forza motrice delle precipitazioni è ridotta del 50-70%.
| Parametro del carbonato | Riscaldatore in acciaio inossidabile | Riscaldatore in titanio | Scambiatore di calore in PTFE |
|---|---|---|---|
| Temperatura della parete a 3 barg di vapore (gradi) | 80-95 | 85-100 | 55-70 |
| Solubilità di Na₂CO₃ a temperatura di parete (g/100 ml) | 44-45 | 42-44 | 47-48 |
| Forza motrice delle precipitazioni relative | 1.0 (base) | 1.1-1.3 | 0.3-0.5 |
| Velocità di formazione delle incrostazioni carbonatiche | Alto | Alto | Basso |
| Frequenza di decalcificazione | 6-12 settimane | 4-10 settimane | 12-24 mesi |
La sinergia delle superfici in PTFE
La bassa energia superficiale del PTFE (18-20 mN/m) fornisce una difesa secondaria contro le incrostazioni di carbonato. Anche quando avviene la precipitazione, i cristalli aderiscono debolmente alla superficie idrofobica del PTFE. I cristalli vengono rimossi dalla normale circolazione o agitazione del bagno. Non si accumulano nello strato duro e incrostato meccanicamente che si forma sulle superfici metalliche.
La combinazione della ridotta forza motrice della precipitazione (dalla temperatura della parete più bassa) e della ridotta adesione (dalla bassa energia superficiale) rende il PTFE altamente resistente alle incrostazioni di carbonato nel servizio di rame al cianuro. L'intervallo di decalcificazione va da settimane a mesi o anni.
Il vantaggio per la gestione della chimica del bagno
L'accumulo di carbonato nel bagno viene gestito mediante congelamento periodico-out-raffreddando una porzione del bagno per cristallizzare il carbonato, che viene poi filtrato-o mediante precipitazione chimica con idrossido di calcio. Queste procedure vengono eseguite sul bagno sfuso e non sono influenzate dalla scelta del materiale dello scambiatore di calore.
Il vantaggio del PTFE è che il carbonato rimane nel bagno sfuso, dove può essere gestito mediante queste procedure, anziché depositarsi sulla superficie del riscaldatore dove provoca perdite di trasferimento di calore e richiede una disincrostazione separata e più aggressiva. La manutenzione del bagno diventa più prevedibile e meno frequente.
Riepilogo
I bagni di rame al cianuro formano fanghi di carbonato sulle superfici metalliche del riscaldatore a causa della ridotta solubilità del carbonato all'elevata temperatura della parete (80-100 gradi). Gli scambiatori di calore in PTFE, con la loro temperatura delle pareti più bassa (55-70 gradi), riducono la forza motrice delle precipitazioni del 50-70%. La superficie in PTFE a bassa energia inibisce ulteriormente l'adesione dei cristalli. Il carbonato rimane nel bagno di massa, dove viene gestito mediante procedure di routine, anziché formare incrostazioni isolanti sul riscaldatore.
Il supporto tecnico per le specifiche dello scambiatore di calore in PTFE nei bagni galvanici al cianuro e alcalini è disponibile previa presentazione della chimica del bagno, della temperatura operativa, della frequenza di decalcificazione attuale e delle procedure di gestione dei carbonati.
