حمله کمپلکس قلیایی محلول های سیانید داغ به سیلیس ذوب شده
سیانید پتاسیم (KCN) ماده مایع ضروری در استخراج طلا (فرایند سیانیداسیون) و جزء الکترولیت اولیه در آبکاری طلا، نقره و مس است. غلظتهای معمولی از 5 تا 10 درصد وزنی در محلول آبی، با دمای عملیاتی 50 تا 80 درجه (برای تسریع سرعت شستشو یا بهبود کیفیت آبکاری افزایش مییابد). محلول به دلیل هیدرولیز سیانید بسیار قلیایی است (pH 11-12): CN- + H2O ⇌ HCN + OH-. بخاری های غوطه ور کوارتز گاهی اوقات در محلول های سیانید استفاده می شوند زیرا سیلیس ذوب شده مقاومت بسیار خوبی در برابر بیشتر محلول های قلیایی دارد. با این حال، سیانید غلیظ داغ یک مکانیسم خوردگی منحصر به فرد ارائه می دهد. یون های هیدروکسید (OH-) حاصل از هیدرولیز به شبکه سیلیس حمله می کنند و سیلیکات های محلول را تشکیل می دهند. علاوه بر این، یون سیانید (CN-) یک عامل کمپلکسکننده قوی است که میتواند کمپلکسهای سیلیکونی{14} محلول سیانید را تشکیل دهد (اگرچه اینها نسبت به حمله هیدروکسید پایداری کمتری دارند). نرخ خوردگی با هیدروکسید سدیم رقیق در pH یکسان اما با یک جزء کمپلکس اضافی قابل مقایسه است. این تجزیه و تحلیل کمیت می کند که چگونه غلظت KCN (5-10٪)، دما (50-80 درجه)، و pH محلول بر نرخ خوردگی یکنواخت سیلیس ذوب شده تأثیر می گذارد. ضخامت دیواره غلاف کوارتز مورد نیاز برای دستیابی به فواصل خدمات عملی (2000 تا 8000 ساعت) در بخاریهای استخراج طلا و آبکاری به دست آمده است.
سینتیک خوردگی سیلیس ذوب شده در سیانید پتاسیم داغ
خوردگی کوارتز در محلول های KCN توسط یون های هیدروکسید حاصل از هیدرولیز سیانید هدایت می شود. در 5٪ KCN (تقریباً 0.8 M)، pH در 25 درجه تقریباً 11.5-12.0 است. در 70 درجه، pH به دلیل افزایش هیدرولیز کمی افزایش می یابد (pKa HCN در 25 درجه 9.2 است، در دماهای بالاتر کاهش می یابد). غلظت OH- 0.001-0.01 M، مشابه 0.1٪ NaOH است. یون سیانید همچنین ممکن است مستقیماً در حمله شرکت کند: CN- میتواند با اتمهای سیلیکون در سطح هماهنگ شود، پیوند Si{14}}O-Si را ضعیف کرده و هیدرولیز را تسهیل میکند. اثر خالص نرخ خوردگی تقریباً 20-40٪ بیشتر از NaOH در pH یکسان است.
آزمایش غوطه وری کوارتز ذوب شده با خلوص بالا در 8٪ KCN در 70 درجه، نرخ خوردگی یکنواخت 0.0005-0.001 میلی متر در ساعت را نشان می دهد. در 80 درجه، سرعت به 0.001-0.002 میلی متر در ساعت افزایش می یابد. در 50 درجه، سرعت 0.0002-0.0004 میلی متر در ساعت است. برای مقایسه، 0.01 مولار NaOH (pH 12) در 70 درجه کوارتز را با سرعت 0.0003-0.0006 میلی متر در ساعت خورده می کند. در 70 درجه، یک غلاف 2.0 میلیمتری کوارتز 0.0008 میلیمتر در ساعت × 2500 ساعت=2.0 میلیمتر از دست میدهد که تقریباً 2500 ساعت (3.5 ماه) عمر میکند. دیوار 3.0 میلی متری 3750 ساعت را فراهم می کند. یک دیوار 4.0 میلی متری 5000 ساعت کار را فراهم می کند. برای عملیات معدن طلا که به طور مداوم اجرا می شود، یک دیوار 3.0-4.0 میلی متر با جایگزینی سه ماهه عملی است. برای آبکاری در دماهای پایین تر (50-60 درجه)، عمر به طور قابل توجهی طولانی تر است.
حفره های موضعی و ملاحظات ایمنی
محلول های سیانید بسیار سمی هستند و هرگونه خرابی بخاری خطر ایمنی را به همراه دارد. بخاریهای کوارتز به بخاریهای فلزی ترجیح داده میشوند زیرا به سرعت خورده نمیشوند و آلایندههای فلزی وارد نمیکنند که میتواند بر بازیافت طلا تأثیر بگذارد. با این حال، اگر کوارتز ترک بخورد، عنصر گرمایش (معمولا NiCr یا فولاد ضد زنگ) میتواند با سیانید واکنش داده و گازهای سمی تولید کند. دیوار کوارتز ضخیمتر حاشیه ایمنی بیشتری در برابر ترکخوردگی ناشی از تنش حرارتی یا ضربه مکانیکی ایجاد میکند. برای سرویس سیانید، حداقل ضخامت دیواره 2.5 میلی متر بدون توجه به محاسبات خوردگی توصیه می شود.
ناحیه منیسک در برابر کریستالیزاسیون سیانید آسیب پذیر است. سیانید پتاسیم رقیق است و می تواند یک لایه قلیایی غلیظ تشکیل دهد که حمله را تسریع می کند. محافظ بخار یا غلاف بالایی گرم شده از تبلور جلوگیری می کند.
جریمه حرارتی دیوارهای ضخیم تر در محلول های سیانید
محلول های سیانید پتاسیم در 8% و 70 درجه رسانایی حرارتی تقریباً 0.60-0.65 W/(m·K)- مشابه آب دارند. برای دیوار 2.5 میلی متری، R_cond=0.00181; برای یک دیوار 4.0 میلیمتری، R_cond=0.00290. با h=800 W/(m²·K)، U از تقریباً 380 به 280 W/(m²·K) کاهش مییابد، کاهش 26 درصدی. این جریمه با توجه به مزایای ایمنی دیوار ضخیم تر قابل قبول است.
سناریو{0}}ماتریس انتخاب مبتنی بر سناریو
| سناریوی کاربردی | ضخامت دیوار توصیه شده | دلیل اصلی |
|---|---|---|
| سیانیداسیون طلا (8٪ KCN، 70 درجه، پیوسته، جایگزینی 3 ماهه) | کوارتز 3.0 - 4.0 میلی متر،-با خلوص بالا | نرخ خوردگی ~0.0008 میلی متر در ساعت. دیوار ضخیم تر حاشیه ایمنی در برابر ترک خوردگی را فراهم می کند. U ≈ 300-350 W/(m²·K). |
| آبکاری (5% KCN، 55 درجه، پیوسته) | 2.5 - 3.0 میلی متر | Rate ~0.0003 mm/hour → 3.0 mm provides >10000 ساعت حاشیه ایمنی ضروری است |
| سیانید آزمایشگاهی (غلظت کم، 50 درجه) | 2.0 - 2.5 میلی متر | با نظارت دقیق قابل قبول است. |
اصلاحات طراحی تکمیلی:حفظ دمای پایین (زیر 70 درجه) خوردگی را کاهش می دهد. افزودن آهک (CaO) باعث تثبیت سیانید و کاهش هیدرولیز می شود. نظارت منظم بر ضخامت ضروری است. محافظ بخار PTFE از حمله مینیسک جلوگیری می کند.
