Saat Pemanas Listrik Berselubung Titanium Digunakan dalam-Proses Elusi Emas Skala Kecil (Larutan Sianida pada suhu 110 derajat, 3 bar), Bagaimana Hubungan Ketebalan Dinding dengan Risiko Serapan Hidrogen dan Penggetasan Selanjutnya?

Pengorbanan Mendasar-dalam Desain Pemanas Titanium untuk Elusi Emas Sianida
Prosedur elusi emas melibatkan penggunaan larutan sianida (NaCN 0,5–2%) pada suhu 110 derajat dan tekanan 3 bar untuk menghilangkan emas dari karbon aktif. Pemanas terbungkus titanium dipilih untuk media sianida karena ketahanannya terhadap korosi. Namun dalam larutan sianida, pada suhu tinggi, titanium dapat menyerap hidrogen. Dalam sianida, reaksi katodik menghasilkan hidrogen: 2H2O + 2e- → H2 + 2OH- (tanpa adanya oksigen). Atom hidrogen dapat meresap ke dalam kisi titanium. Ketika konsentrasi hidrogen mencapai 200-300 ppm, titanium hidrida rapuh (TiH 2 ) akan dihasilkan, menyebabkan penggetasan dan patah. Ketebalan dinding menentukan gradien konsentrasi hidrogen dan waktu untuk mencapai tingkat penggetasan kritis. Dinding tebal memiliki lebih banyak ruang untuk menyerap hidrogen sebelum mencapai konsentrasi kritis, tetapi juga memiliki jalur difusi yang lebih panjang. Investigasi ini mengevaluasi hubungan antara ketebalan dinding dan risiko penggetasan hidrogen dalam layanan sianida suhu tinggi.

Efek pada Integritas Mekanik: Difusi Hidrogen dan Pembentukan Hidrida
Pasifasi menyebabkan laju korosi yang sangat rendah (<0.01 mm/y) of Grade 2 titanium in cyanide solutions at 110°C and 3 bar. However, the cathodic process generates atomic hydrogen, which can be absorbed to the lattice of titanium. The pace at which hydrogen is taken up depends on the concentration of cyanide, temperature and the presence of oxidising chemicals. The rate of absorption in deaerated cyanide (used in the pressurized elution columns) is 10-30 ppm/month. At this rate critical concentration (250 ppm) is achieved in 8-25 months. Titanium loses its ductility and may crack under residual loads from bending or welding when hydrides occur.

Hukum difusi kedua Fick menghubungkan ketebalan dinding dengan waktu untuk mencapai konsentrasi hidrogen kritis. Untuk pendekatan pelat datar (konservatif untuk tabung), waktu untuk mencapai konsentrasi hidrogen tertentu pada pertengahan-ketebalan berhubungan dengan kuadrat ketebalan: t_kritis ∝ t². Menggandakan ketebalan dinding akan melipatgandakan waktu untuk mencapai penggetasan kritis di garis tengah. Dinding yang lebih tebal memberikan keuntungan yang signifikan dalam hal ketahanan terhadap penggetasan hidrogen.

Pengaruh terhadap kinerja termal Gradien suhu dan difusi
Difusi hidrogen dipengaruhi oleh gradien panas pada dinding titanium. Koefisien difusi hidrogen dalam titanium diberikan oleh hukum Arrhenius D=D_0 exp(-E_a/RT). D=2.5 × 10⁻¹¹ m²/s pada 110 derajat . Kehilangan suhu pada dinding 1,0 mm pada 2,0 W/cm 2 kira-kira 1,2 o C. pada dinding 2,0 mm adalah 2,4 o C. Dinding bagian dalam (yang bersentuhan dengan isolasi MgO) lebih panas dan memiliki koefisien difusi yang agak lebih besar (sekitar 5% per derajat). Gradien ini sedikit meningkatkan serapan hidrogen untuk dinding yang lebih tebal yang sebagian mengimbangi perolehan t2. Namun kaitan keseluruhannya adalah dinding yang lebih besar memberikan umur yang lebih lama-bebas dari penggetasan.

Sintesis Pengorbanan-: Ketebalan Dinding vs. Waktu hingga Penggetasan
Ketebalan Dinding (mm) Laju Penyerapan Hidrogen (ppm per bulan konsentrasi permukaan 300 ppm)Waktu hingga 250 ppm pada Ketebalan Sedang (bulan) Umur 5 tahun Resiko Penggetasan Direkomendasikan Elusi Emas Untuk?
0,8 mm 20 ppm/bulan 12 bulanTINGGI (gagal setelah 1-2 tahun)Tidak 1,0 mm 20 ppm/bulan 20 bulanTinggi (gagal dalam 2-3 tahun)Marginal 1,2 mm 20 ppm/bulan 30 bulanSedang (gagal dalam 3 hingga 4 tahun)Sampingan 2.
1,5 mm 20 ppm/bulan 48 bulan Sedang (sekitar 5 tahun) Dapat diterima
1,8 mm 20 ppm/bulan 70 bulanRendah (lebih dari 5 tahun) Ya
2,0 mm 20 ppm/bulan 85 bulan Rendah (margin aman) Ya (disarankan)
Untuk memenuhi umur desain 5-tahun, diperlukan ketebalan dinding 1,8–2,0 mm untuk menjaga konsentrasi hidrogen pada ketebalan tengah di bawah 250 ppm.

Rekayasa Melampaui Tembok: Peningkatan Paduan dan Kontrol Oksigen
Penyerapan hidrogen dalam sianida sangat berkurang dengan adanya oksigen. Jika terdapat sianida yang diangin-anginkan (oksigen > 1 ppm) reaksi katodik berubah dari reduksi air menjadi reduksi oksigen, tanpa menghasilkan hidrogen. Dengan menggunakan udara sebagai gas bertekanan untuk kolom elusi, alih-alih menggunakan nitrogen atau mengalirkan udara melalui larutan, penggetasan hidrogen dapat dihindari sepenuhnya. Dinding standar 1,2 mm yang diangin-anginkan memiliki masa pakai 10+ tahun. Peningkatan ke titanium Kelas 7 (Ti-0,15% Pd) secara signifikan mengurangi penyerapan hidrogen karena paladium mengkatalisis rekombinasi atom hidrogen menjadi molekul H 2 , yang tidak masuk ke dalam kisi. Kelas 7 dengan dinding 1,2 mm lebih baik daripada Kelas 2 dengan dinding 2,0 mm dalam hal ketahanan terhadap penggetasan hidrogen.

Kesimpulan Layanan Deaerasi Sianida Membutuhkan Dinding 1,8 hingga 2,0 mm
Untuk proses{0}}elusi emas skala kecil yang menggunakan pemanas listrik berselubung titanium dan larutan sianida dipanaskan hingga 110 derajat dan 3 bar, ketebalan dinding berhubungan langsung dengan bahaya serapan hidrogen dan penggetasan. Penyerapan hidrogen dalam sianida deaerasi adalah 10-30 ppm setiap bulan dan durasi untuk mencapai penggetasan kritis dalam skala ketebalan menengah sebagai kuadrat ketebalan dinding. Titanium kelas 2 harus memiliki ketebalan dinding minimum 1,8–2,0 mm untuk masa pakai 5 tahun. Dinding yang lebih tipis (1,0-1,2 mm) menjadi rapuh setelah 2-3 tahun. Spesifikasi yang diusulkan adalah selubung titanium Kelas 2 dengan ketebalan dinding 2,0 mm, untuk dioperasikan dengan hemat udara untuk menjaga oksigen > 1 ppm. Pembuangan udara menghilangkan penyerapan hidrogen dan memungkinkan dinding menjadi lebih tipis. Beri tahu produsen berapa konsentrasi oksigen yang Anda harapkan dan seberapa sering Anda akan bersepeda. Jika aerasi tidak memungkinkan, tentukan dinding 2,0 mm dan kelas 2 atau dinding 1,2 mm dan kelas 7. Ketebalan dinding merupakan pertimbangan penting dalam mencegah penggetasan hidrogen dalam layanan deaerasi sianida.