تطبيقات قضبان الزركونيوم في الصناعة الكيميائية

لماذا يتم اختيار قضبان الزركونيوم للخدمات الكيميائية

في معظم الوسائط شديدة التآكل، يقاوم الزركونيوم الهجوم بشكل أفضل من التيتانيوم. وهذا هو السبب في أن تكاليف معدات الزركونيوم لا تزال تجد طريقها إلى المصانع الكيميائية: حيث يصل التيتانيوم إلى الحد الأقصى، تستمر قضبان الزركونيوم والأجزاء المصنعة في البقاء. الزركونيوم هو معدن خامل ويتحد بسهولة مع الأكسجين ليشكل طبقة سطحية كثيفة وملتصقة، وهذا الغشاء، وليس المعدن الموجود تحته، هو الذي يوفر مقاومة التآكل.

التحكم في الهافنيوم واختيار المواد

يتواجد الزركونيوم والهافنيوم معًا في خامات الزركونيوم، حيث يتراوح محتوى الهافنيوم تقريبًا من 2% إلى 3% من محتوى الزركونيوم، ويتصرف العنصران بشكل متشابه جدًا من الناحية الفيزيائية والكيميائية. إن فصلها بشكل كامل أمر صعب ومكلف: وإنتاج الزركونيوم الذي يحتوي على نسبة هافنيوم أقل من 0.01% يكلف أكثر بكثير، لأن واجب الفصل شديد. بالنسبة للزركونيوم من الدرجة الكيميائية-، فإن هذه التكلفة غير مبررة. من الناحية العملية، يتم قبول المواد الكيميائية- التي تحتوي على الهافنيوم بنسبة تصل إلى 4.5% تقريبًا دون الإضرار بأداء التآكل، بينما تستخدم المواد النووية، حيث يجب إزالة الهافنيوم بسبب سلوكها في امتصاص النيوترونات-، درجات الهافنيوم المنخفضة-.

مقاومة التآكل: حيث يعمل الزركونيوم

نظرًا لطبقته السلبية، يتحمل الزركونيوم معظم الأحماض العضوية والأحماض غير العضوية والقلويات القوية والأملاح المنصهرة -والماء ذي درجات الحرارة العالية والمعادن السائلة. يتم تحديد الحدود العملية حسب درجة الحرارة وميل بعض الوسائط إلى تحطيم الفيلم أو إدخال الهيدروجين.

ومن ثم، يجب أن يبدأ التصميم بمراجعة متوسطة-بواسطة-متوسطة عند درجة حرارة التشغيل الفعلية والتركيز، وليس بادعاء عام بمقاومة التآكل.

الأكسدة والنيتروجين والهيدروجين عند درجة حرارة مرتفعة

في الهواء، يبدأ الزركونيوم في التقشر بشدة عند حوالي 425 درجة ويشكل أكسيد الزركونيوم الأبيض عند حوالي 540 درجة.

فوق 700 درجة تقريبًا يمتص الأكسجين ويصبح هشًا؛ التلدين بالفراغ لا يمكنه إزالة هذا الأكسجين.

يتفاعل مع النيتروجين فوق حوالي 400 درجة، ويصبح التفاعل قويًا بالقرب من 800 درجة؛ لا يمكن أيضًا إزالة النيتروجين الذي يتم تناوله بهذه الطريقة عن طريق التلدين الفراغي.

يبدأ امتصاص الهيدروجين فوق حوالي 300 درجة ويسبب تقصف الهيدروجين، ولكن يمكن إزالة الهيدروجين عن طريق التلدين الفراغي عند حوالي 1000 درجة.

تشرح هذه الأرقام سبب حماية معدات الزركونيوم أثناء اللحام والمعالجة الحرارية ولماذا يؤدي التقاط الهيدروجين، بدلاً من فقدان الجدار الموحد، إلى تحديد عمر الخدمة للمكون في كثير من الأحيان.

تطبيقات نموذجية في الصناعة الكيميائية

مبادلات حرارية ذات غلاف-و-أنبوب وحربة تتعامل مع تيارات عملية تحمل حمض الهيدروكلوريك الساخن والكلوريد-.

المفاعلات والأوتوكلاف وأوعية الضغط للكيمياء العضوية وغير العضوية العدوانية.

أعمدة التقطير والداخلية والصواني وحوامل التعبئة.

الأنابيب والتجهيزات والصمامات وأعمدة المضخات والمحرضات حيث يتآكل التيتانيوم بسرعة كبيرة.

خدمة اليوريا وحمض الأسيتيك وبيروكسيد الهيدروجين، والمعدات المعرضة لكلوريد الهيدروجين وهيبوكلوريت-سوائل الكلوريد الحرة.

التصنيع ونقاط الجودة لقضيب الزركونيوم

قم بشراء قضيب معتمد كيميائيًا ويمكن إرجاعه إلى حرارته، مع ذكر محتوى الهافنيوم، بحيث يتم معرفة الدرجة قبل بدء التصنيع.

التصنيع في منطقة نظيفة ومخصصة؛ يمكن أن يؤدي تلوث الحديد والنحاس على السطح إلى إضعاف الفيلم السلبي.

اللحام تحت غاز خامل مع التدريع المناسب والتخليل بعد ذلك، حيث أن التلوث أثناء اللحام هو سبب شائع للفشل المبكر.

تجنب ظروف الخدمة التي تجمع بين توليد الهيدروجين ودرجة الحرارة العالية، أو تحديد التلدين الفراغي عند حوالي 1000 درجة لإزالة الهيدروجين الممتص.

حافظ على التعرض للأكسجين والنيتروجين أثناء التشكيل الساخن ضمن الحدود المذكورة أعلاه؛ إذا كان من الضروري عمل المعدن ساخنًا، فاستخدم جوًا وقائيًا.

الأسئلة المتداولة

س: لماذا يعد الزركونيوم أغلى من التيتانيوم ومع ذلك لا يزال يستخدم في المصانع الكيميائية؟
لأنه في معظم الوسائط شديدة التآكل فإنه يقاوم الهجوم بشكل أفضل من التيتانيوم. عندما يتآكل التيتانيوم بسرعة كبيرة جدًا، يمنح الزركونيوم المعدات فترة خدمة تبرر ارتفاع سعر الشراء.

س: ما هي كمية الهافنيوم المقبولة في الزركونيوم من الدرجة الكيميائية-؟
يتم قبول المواد الكيميائية-بشكل عام والتي تحتوي على نسبة هافنيوم تصل إلى 4.5% تقريبًا. يعد تقليل الهافنيوم إلى أقل من 0.01% خطوة فصل مكلفة ومخصصة للواجبات النووية.

س: ما هي الأحماض التي يجب تجنب الزركونيوم فيها؟
حمض الهيدروفلوريك، حمض الكبريتيك المركز، حمض الفوسفوريك المركز، الماء الملكي، حمض الهيدروبروميك، حمض الفلوروسيليك، حمض الفلوروبوريك، وماء البروم، كلها تدمر الفيلم السلبي ويجب تجنبها.

س: في أي درجة حرارة يلتقط الزركونيوم الهيدروجين؟
يبدأ امتصاص الهيدروجين فوق حوالي 300 درجة ويؤدي إلى التقصف. يمكن إزالة الهيدروجين الممتص عن طريق التلدين الفراغي عند حوالي 1000 درجة.

س: ماذا يحدث للزركونيوم الموجود في الهواء عند درجة حرارة عالية؟
يتقشر بشدة عند حوالي 425 درجة، ويشكل أكسيد أبيض عند حوالي 540 درجة، وما فوق 700 درجة تقريبًا يمتص الأكسجين ويصبح هشًا؛ لا يمكن إزالة الأكسجين الممتص عن طريق التلدين الفراغي.

س: هل يمكن لحام الزركونيوم بشكل طبيعي؟
نعم، بشرط أن تكون الوصلة محمية بغاز خامل وأن يكون السطح نظيفاً وخالياً من تلوث الحديد والنحاس، يليه التخليل، لأن التلوث أثناء اللحام يسبب أعطالاً مبكرة.