Problem kopičenja karbonata
Cianidne bakrene kopeli sčasoma kopičijo karbonatne soli. Natrijev karbonat in kalijev karbonat nastaneta z absorpcijo atmosferskega ogljikovega dioksida v močno alkalni kopeli (pH 12-13). Reakcija je: 2NaOH + CO₂ → Na₂CO3 + H₂O. Koncentracija karbonata med normalnim delovanjem kopeli postopoma narašča.
Težava se pospeši na površini grelnika. Kovinski potopni grelniki s temperaturo sten 80-100 stopinj ustvarjajo lokalizirana območja, kjer je topnost karbonata presežena. Karbonat se izloča kot trda, kristalinična luska na površini cevi. Vodni kamen izolira cevi, zmanjša prenos toplote in na koncu zahteva mehansko ali kemično odstranjevanje vodnega kamna. Postopek odstranjevanja vodnega kamna-, ki običajno uporablja klorovodikovo kislino, ustvarja nevarne odpadke in porablja proizvodni čas.
PTFE izmenjevalnik toplote deluje pri nižji temperaturi stene (55-70 stopinj), kjer je topnost karbonata večja. Padavine na površini cevi se bistveno zmanjšajo. Karbonat ostane raztopljen v nasipni kopeli, kjer ga je mogoče upravljati z običajnimi postopki zamrzovanja ali obarjanja, namesto da se tvori na površini grelnika.
Temperaturno{0}}odvisen mehanizem topnosti
Topnost natrijevega karbonata v vodi je močno-odvisna od temperature. Pri 30 stopinjah (tipična temperatura kopeli za bakrov cianid) je topnost približno 50 g/100 ml. Pri 80 stopinjah (temperatura stene kovinskega grelnika) topnost pade na približno 45 g/100 ml. Pri 95 stopinjah (temperatura stene titanovega grelnika) pade še na približno 42 g/100 ml.
Kopel pri 30 stopinjah je lahko pod mejo nasičenosti s karbonatom. Tanka mejna plast na površini grelnika, segreta na 80-95 stopinj, presega lokalno mejo nasičenosti. Karbonat se izloča neposredno na površino cevi. Padavina je neprekinjena, dokler kopel vsebuje raztopljen karbonat in grelec vzdržuje povišano temperaturo stene.
Nižja temperatura stene PTFE (55-70 stopinj) ohranja mejno plast bližje temperaturi kopeli v razsutem stanju. Topnost pri 60 stopinjah je približno 47 g/100 ml – bližje vrednosti v razsutem stanju in manj verjetno je, da bo presegla nasičenost. Pogonska sila padavin se zmanjša za 50-70 %.
| Karbonatni parameter | Grelnik iz nerjavečega jekla | Titanov grelec | PTFE izmenjevalnik toplote |
|---|---|---|---|
| Temperatura stene pri 3 barih pare (stopinj) | 80-95 | 85-100 | 55-70 |
| Topnost Na₂CO3 pri temperaturi stene (g/100 ml) | 44-45 | 42-44 | 47-48 |
| Relativna gonilna sila padavin | 1.0 (izhodišče) | 1.1-1.3 | 0.3-0.5 |
| Hitrost nastajanja karbonatnega kamna | visoko | visoko | Nizka |
| Pogostost odstranjevanja vodnega kamna | 6-12 tednov | 4-10 tednov | 12-24 mesecev |
Površinska sinergija PTFE
Nizka površinska energija PTFE (18–20 mN/m) zagotavlja sekundarno zaščito pred nastajanjem karbonatnega kamna. Tudi ko pride do padavin, se kristali slabo oprimejo hidrofobne PTFE površine. Kristali se odstranijo z normalno cirkulacijo kopeli ali mešanjem. Ne kopičijo se v trdi, mehansko povezani plasti lusk, ki nastane na kovinskih površinah.
Zaradi kombinacije zmanjšane gonilne sile padavin (zaradi nižje temperature stene) in zmanjšanega oprijema (zaradi nizke površinske energije) je PTFE zelo odporen proti nabiranju karbonatnega kamna pri uporabi cianidnega bakra. Interval odstranjevanja vodnega kamna se razteza od tednov do mesecev ali let.
Prednost upravljanja kemije v kopalnici
Kopičenje karbonata v kopeli se upravlja z občasnim zamrzovanjem-out-hlajenjem dela kopeli, da kristalizira karbonat, ki se nato odfiltrira-ali s kemičnim obarjanjem s kalcijevim hidroksidom. Ti postopki se izvajajo v kopeli in nanje ne vpliva izbira materiala toplotnega izmenjevalnika.
Prednost PTFE je v tem, da karbonat ostane v razsutem stanju kopeli, kjer ga je mogoče upravljati s temi postopki, namesto da se odlaga na površino grelnika, kjer povzroča izgubo pri prenosu toplote in zahteva ločeno, bolj agresivno odstranjevanje vodnega kamna. Vzdrževanje kopeli postane bolj predvidljivo in manj pogosto.
Povzetek
Cianidne bakrene kopeli tvorijo karbonatno blato na kovinskih površinah grelnikov zaradi zmanjšane topnosti karbonata pri visoki temperaturi stene (80-100 stopinj). PTFE toplotni izmenjevalniki z nižjo temperaturo stene (55-70 stopinj) zmanjšajo pogonsko silo padavin za 50-70 %. Nizkoenergijska PTFE površina dodatno zavira oprijem kristalov. Karbonat ostane v nasipni kopeli, kjer se upravlja z rutinskimi postopki, namesto da tvori izolacijski kamen na grelniku.
Inženirska podpora za specifikacijo toplotnega izmenjevalnika PTFE v kopeli za cianid in alkalno prevleko je na voljo ob predložitvi kemije kopeli, delovne temperature, trenutne pogostosti odstranjevanja vodnega kamna in postopkov za upravljanje karbonata.
