כיצד נפרסים מחליפי PTFE במערכות קירור תאים מסוג אבץ?

עיבוד אלקטרוני של אבץ, כמו נחושת, משתמש באלקטרוליט של חומצה גופרתית ויוצר חום אומהי ניכר. אבל אבץ רגיש יותר לטמפרטורה ונוכחותם של זיהומי פלואוריד מתרכיזי אבץ מהווה בעיית קורוזיה נוספת עבור ציוד קירור.

אבץ Electrowinning
באבץ אבץ מושקע מתמיסה של חומצה גופרתית, לרוב בטווח של 150-200 גרם/ליטר H2 SO4. יש לשמור על טמפרטורת האלקטרוליט בחלון מוגבל של 35-40 מעלות צלזיוס כדי למנוע התפתחות לא רצויה של גז מימן וכדי להשיג קצב שיקוע טוב. כל שינוי מטווח טמפרטורות זה יכול להשפיע באופן מהותי על פעולת התא האלקטרוליטי, להפחית את התאוששות האבץ ולהגדיל את צריכת האנרגיה.

מערכות קירור משמשות לשליטה בטמפרטורה ולשמירה על ביצועים מיטביים. התקנים אלה הם המפתח לשמירה על האלקטרוליט בטווח טמפרטורת היעד ולטיפול מוצלח בחום האוהמי שנוצר במהלך תהליך הליווי האלקטרו.

אתגר מיוחד של מזהמי פלואוריד
החדרת יוני פלואוריד (בדרך כלל בתרכיזי האבץ) לאלקטרוליט מקשה על תהליך הקירור האלקטרוני של אבץ. יוני פלואוריד די עוינים לרוב המתכות, ועלולים לגרום לקורוזיה רצינית בעקבות (כמה עמודים לדקה עד עשרות עמודים לדקה). יוני פלואוריד מגיבים גם עם חומרים נפוצים רבים אחרים המשמשים במערכות קירור, וגורמים להם להידרדר במהירות ולהיכשל.

בחירת החומר למחלפי חום צריכה להיות עמידה מאוד בפני חומצה גופרתית ויוני פלואוריד בשל חומרת האלקטרוליט. PTFE (Polytetrafluoroethylene) הוא החומר הטוב ביותר לשימוש כזה בשל איכויות העמידות הכימית המצוינות שלו. PTFE עמיד לחלוטין בפני התקפת פלואוריד בטמפרטורות האופייניות לעיבוד חשמלי של אבץ (35-40 מעלות צלזיוס) ולכן הוא אידיאלי עבור יישומי מחליפי חום בהגדרות אלו.

מחליף חום בתצורת PTFE
מערכת הקירור הפופולרית ביותר בבתי זיקוק של אבץ היא מחליף החום של המעטפת והצינור. צינורות PTFE משמשים עבור נתיב הנוזל הפנימי ומי קירור זורמים סביב צד המעטפת. עיצוב זה מאפשר העברת חום יעילה ומפחית את הסכנה של קורוזיה והתכלות החומר. צינורות ה-PTFE מפגינים גם שלמות טובה לאורך זמן, במיוחד בנוכחות פלואוריד- המכיל חומצה גופרתית, מה שמבטיח את תפקוד אמין של מערכת הקירור.

מבנה המעטפת-ו-הצינור עם צינורות PTFE משמש מכיוון שהוא מספק גמישות לטיפול בקצבי זרימה והפרשי טמפרטורה מגוונים, תוך שהוא עמיד בפני קורוזיה. המעטפת החיצונית עשויה בדרך כלל מפלדת אל חלד או מסגסוגות אחרות עמידות בפני קורוזיה וצינורות ה-PTFE נבחרים בשל עמידותם לאופי האגרסיבי של האלקטרוליט.

הערה לגבי תאימות חומרים: PTFE לעומת חומרים אחרים
עמידות לחומר לחומצה גופרתית יישום עמידות בפני פלואוריד טפלון באבץ ב-Electrowinning מעולה מעולה הבחירה הטובה ביותר, שכן היא עמידה גם בפני חומצה גופרתית וגם בפני יוני פלואוריד.
נירוסטה טוב גרוע רגיש לקורוזיה על ידי יוני פלואוריד ואינו מתאים לשימוש ארוך טווח בהגדרות נושאי פלואוריד.
טיטניום מצוין גרוע טוב נגד חומצה גופרתית, אך נתון להתקפות של פלואוריד. לא מומלץ עבור אלקטרוליט המכיל פלואוריד.
גרפיט בינוני בינוני גרפיט עמיד לחומצה גופרתית, אך יכול להתבלות עם חשיפה לפלואור, ולכן לא תמיד מתאים לשימושים אלו.
מחליפי חום PTFE הם חסרי תקדים בעמידותם להשפעות הקורוזיביות של חומצה גופרתית ויוני פלואוריד גם יחד במערכות קירור חשמליות של אבץ.

מַסְקָנָה
מחליפי חום PTFE מתאימים באופן אידיאלי לקירור תמיסת אבץ, מכיוון שהם עמידים הן בפני חומצה גופרתית והן בפני יוני פלואוריד. האלקטרוליט מכיל יוני פלואוריד. החומרים המשמשים חייבים להיות מסוגלים לעמוד בפני לחץ כימי וטמפרטורה מבלי להשפיע על שלמות המערכת. מחליפי PTFE הוכחו כפתרון האופטימלי לניהול טמפרטורת האלקטרוליטים, תוך הבטחת שקיעת אבץ יעילה והגבלת התפתחות המימן.

בחירת החומרים היא חלק חיוני בפעולות הידרו-מטלורגיות, במיוחד כאשר מתמודדים עם עקבות מזהמים כמו פלואוריד. בחירה בתאימות הכימית הנכונה של חומרים כגון PTFE מבטיחה את משך החיים והאמינות המרביים של מערכת הקירור, אשר בתורו תורם ליעילות הכוללת של תהליך עיבוד האלקטרוניקה של אבץ.