Prostredie Aqua Regia
Zmiešaná kyselina dusičná-kyselina chlorovodíková-aqua regia v pomere 1:3 HNO₃:HCl- je jednou z mála chemických zmesí, ktoré dokážu rozpustiť zlato a platinu. Používa sa pri rafinácii drahých kovov, leptaní polovodičov a špecializovanej povrchovej úprave kovov. Kombinácia silného oxidačného činidla (HNO₃) a komplexotvorného činidla (HCl, poskytujúce Cl⁻) napáda takmer všetky kovy.
Niób s platinou-je jednou z mála kovových konštrukcií, ktoré dokážu prežiť toto prostredie. Tenká vrstva platiny-zvyčajne s hrúbkou 0,1{4}}0,25 mm je metalurgicky spojená s nióbovým substrátom. Platina poskytuje odolnosť proti korózii. Niób poskytuje štrukturálnu pevnosť a nižšiu cenu ako pevná platina. Táto kompozitná konštrukcia je drahá, špecializovaná a má obmedzenú životnosť.
PTFE je imúnny voči Aqua regia. Porovnanie je medzi nákladným kompozitom z ušľachtilého kovu s obmedzenou životnosťou a lacným polymérom s neurčitou chemickou životnosťou.
Mechanizmus zlyhania platinového plášťa
Platina odoláva aqua regia pri miernych teplotách. Obklad však nikdy nie je dokonale súvislý. Mikroskopické dierky, škrabance z výroby alebo servisu a difúzne zóny na rozhraní platina-nióbu vytvárajú cesty, ktorými sa kyselina dostane k nióbovému substrátu.
Akonáhle sa kyselina dostane do kontaktu s nióbom, dôjde k rýchlej korózii. Niób má určitú odolnosť voči kyseline dusičnej, ale je napádaný HCl, najmä v prítomnosti oxidačných činidiel. Korózia podreže platinový plášť, čo spôsobí jeho oddelenie vo forme vločiek alebo pľuzgierov. Exponovaná oblasť rastie a výmenník zlyhá.
Zlyhanie je často náhle{0}}obloženie sa javí neporušené, až kým nepraskne pľuzgier alebo neprenikne dierka do nióbu. Keď je substrát odkrytý, výmenník sa musí odstrániť a vrátiť výrobcovi na opätovné opláštenie, čo je proces, ktorý stojí 50 – 80 % novej jednotky.
| Parameter životnosti | Platinový-niób | PTFE |
|---|---|---|
| Mechanizmus ochrany proti korózii | Platinový obklad (0,1-0,25 mm) | Inherentná stabilita C-F dlhopisu |
| Riziko defektu opláštenia | Dierky, škrabance, difúzne zóny | N/A (homogénne) |
| Režim zlyhania | Penetrácia obkladu → korózia nióbového substrátu | Postupné riedenie dotvarovania |
| Životnosť v aqua regia pri 60 stupňoch (roky) | 3-8 (závisí od plášťa) | 15+ |
| Spôsob opravy | Obloženie továrne-(týždne) | Upchatie poľnej trubice (hodiny) |
| Cena materiálu (relatívna) | 30-50× | 1× |
Obmedzenie teploty
Odolnosť platinového povlaku proti korózii klesá so zvyšujúcou sa teplotou. Pri teplote 60 stupňov je životnosť platinového-nióbu v aqua regia 3-8 rokov. Pri 80 stupňoch sa životnosť skracuje na 2-4 roky. Pri teplotách varu (približne 110 stupňov pre aqua regia) je pravdepodobné rýchle zlyhanie.
PTFE nie je ovplyvnený teplotou v rámci limitu 260 stupňov. Životnosť v aqua regia je nezávislá od teploty. Výmenník pracuje pri 60 stupňoch, 80 stupňoch alebo 110 stupňoch s rovnakou chemickou inertnosťou. Mechanická životnosť pri tečení sa skracuje pri vyšších teplotách, ale zostáva faktorom obmedzujúcim životnosť-, nie chemické pôsobenie.
Výhoda opráv v teréne
Keď platinový-výmenník zlyhá, treba ho odstrániť a odoslať na opätovné opláštenie do továrne-. Prestoje sú týždne. Výroba je prerušená, pokiaľ nie je k dispozícii náhradný výmenník. Náklady na náhradné diely a stratenú výrobu prevyšujú náklady na opätovné opláštenie.
Keď PTFE výmenník presakuje-zvyčajne po mnohých rokoch od stenčovania{1}}, môže byť postihnutá rúrka na mieste zapojená. Výmenník sa vráti do prevádzky v priebehu niekoľkých hodín. Opravu vykonáva personál údržby závodu pomocou štandardných nástrojov. Nevyžaduje sa továrenské vrátenie.
Zhrnutie
Výmenníky tepla z PTFE prekonajú niób potiahnutý platinou{0}} v zmiešanom leptaní HNO₃-HCl, pretože homogénny fluórpolymér nemá žiadny povlak, ktorý by zlyhal. Platinové opláštenie je náchylné na dierky, škrabance a chyby súvisiace s difúziou{3}}, ktoré vystavujú nióbový substrát rýchlej korózii. PTFE poskytuje 15+-ročnú životnosť pri všetkých teplotách v rámci svojho hodnotenia, stojí zlomok oproti kompozitu z drahých kovov a dá sa opraviť v teréne.
Technická podpora pre špecifikáciu výmenníka tepla PTFE v aqua regia a leptanie zmesou kyselín je k dispozícii po predložení pomerov kyselín, prevádzkovej teploty a aktuálnej životnosti zariadenia a histórie opráv.
