Mengapa Rod Zirkonium Dipilih untuk Perkhidmatan Kimia
Dalam kebanyakan media yang sangat menghakis, zirkonium menahan serangan lebih baik daripada titanium. Itulah sebabnya kos peralatan zirkonium lebih mahal namun masih menemui jalan ke loji kimia: di mana titanium mencapai hadnya, rod zirkonium dan bahagian yang direka akan terus bertahan. Zirkonium ialah logam pasif dan mudah bergabung dengan oksigen untuk membentuk filem permukaan yang padat dan melekat, dan filem itu, bukannya logam di bawahnya, yang memberikan rintangan kakisan.
Kawalan Hafnium dan Pemilihan Bahan
Zirkonium dan hafnium wujud bersama dalam bijih zirkonium, di mana kandungan hafnium adalah kira-kira 2% hingga 3% daripada kandungan zirkonium, dan kedua-dua unsur berkelakuan sangat serupa dari segi fizikal dan kimia. Mengasingkan mereka sepenuhnya adalah sukar dan mahal: menghasilkan zirkonium dengan kandungan hafnium di bawah 0.01% kos jauh lebih tinggi, kerana tugas pengasingan adalah teruk. Untuk bahan kimia-zirkonium gred, perbelanjaan itu tidak wajar. Secara praktiknya, bahan kimia-gred diterima dengan kandungan hafnium sehingga kira-kira 4.5% tanpa membahayakan prestasi kakisan, manakala tugas nuklear, di mana hafnium mesti dialih keluar kerana tingkah laku menyerap neutronnya,-menggunakan gred-hafnium yang rendah.
Rintangan Kakisan: Tempat Zirkonium Berfungsi
Kerana filem pasifnya, zirkonium menahan kebanyakan asid organik, asid tak organik, alkali kuat, garam cair, air bersuhu tinggi-dan logam cecair. Had praktikal ditetapkan oleh suhu dan oleh kecenderungan media tertentu untuk memecahkan filem atau memperkenalkan hidrogen.
| Sederhana atau keadaan | Kelakuan zirkonium |
|---|---|
| Asid hidroklorik, semua kepekatan di bawah takat didih atmosfera | Rintangan yang sangat baik; penghidrogenan menjadi mungkin melebihi 149 darjah |
| Asid nitrik sehingga 250 darjah, pecahan jisim tidak melebihi 70% | Tahan kakisan; risiko penyalaan dalam asid nitrik pekat yang mengandungi sedikit air |
| Asid organik | Umumnya tahan |
| Alkali kuat, garam cair, air bersuhu tinggi-, logam cecair | Tahan dalam keadaan operasi biasa |
| Mengurangkan larutan klorida | Tahan |
| Asid hidrofluorik, asid sulfurik pekat, asid fosforik pekat, aqua regia, air bromin, asid hidrobromik, asid fluorosilicic, kalsium hipoklorit, asid fluoroborik | Tidak tahan, kerana filem pasif dimusnahkan |
| Mengoksidakan larutan klorida seperti kuprum klorida dan ferik klorida | Tidak tahan |
Oleh itu, reka bentuk hendaklah bermula dengan semakan sederhana-oleh-sederhana pada suhu dan kepekatan operasi sebenar, bukan dengan tuntutan umum tentang rintangan kakisan.
Pengoksidaan, Nitrogen dan Hidrogen pada Suhu Tinggi
Di udara, zirkonium mula mengelupas dengan teruk pada kira-kira 425 darjah dan membentuk zirkonium oksida putih pada kira-kira 540 darjah .
Di atas kira-kira 700 darjah ia menyerap oksigen dan menjadi rapuh; penyepuhlindapan vakum tidak boleh mengeluarkan oksigen itu.
Ia bertindak balas dengan nitrogen melebihi 400 darjah, dan tindak balas menjadi kuat hampir 800 darjah; nitrogen yang diambil dengan cara ini juga tidak boleh dikeluarkan dengan penyepuhlindapan vakum.
Penyerapan hidrogen bermula di atas kira-kira 300 darjah dan menyebabkan kerosakan hidrogen, tetapi hidrogen boleh dikeluarkan dengan penyepuhlindapan vakum pada kira-kira 1000 darjah .
Angka-angka ini menerangkan mengapa peralatan zirkonium dilindungi semasa kimpalan dan rawatan haba dan mengapa pengambilan hidrogen, dan bukannya kehilangan dinding seragam, sering menetapkan hayat perkhidmatan komponen.
Aplikasi Biasa dalam Industri Kimia
Penukar haba cangkerang-dan-tiub dan bayonet yang mengendalikan aliran proses galas asid hidroklorik dan klorida-panas.
Reaktor, autoklaf dan bekas tekanan untuk kimia organik dan bukan organik yang agresif.
Lajur penyulingan, bahagian dalam, dulang dan sokongan pembungkusan.
Paip, kelengkapan, injap, aci pam dan pengaduk tempat titanium menghakis terlalu cepat.
Perkhidmatan urea, asid asetik dan hidrogen peroksida serta peralatan yang terdedah kepada hidrogen klorida dan{0}}arak bebas klorida hipoklorit.
Fabrikasi dan Titik Kualiti untuk Rod Zirkonium
Beli rod yang diperakui secara kimia dan boleh dikesan kepanasannya, dengan kandungan hafnium dinyatakan, supaya grednya diketahui sebelum fabrikasi bermula.
Fabrikasi di kawasan yang bersih dan khusus; pencemaran besi dan kuprum pada permukaan boleh menjejaskan filem pasif.
Kimpalan di bawah gas lengai dengan pelindung dan penjerukan yang mencukupi selepas itu, kerana pencemaran semasa kimpalan adalah punca biasa kegagalan pramatang.
Elakkan keadaan perkhidmatan yang menggabungkan penjanaan hidrogen dengan suhu tinggi, atau nyatakan penyepuhlindapan vakum pada kira-kira 1000 darjah untuk mengeluarkan hidrogen yang diserap.
Pastikan pendedahan oksigen dan nitrogen semasa pembentukan panas dalam had di atas; jika logam mesti bekerja panas, gunakan suasana pelindung.
Soalan Lazim
S: Mengapakah zirkonium lebih mahal daripada titanium namun masih digunakan dalam loji kimia?
Kerana dalam kebanyakan media yang sangat menghakis ia menentang serangan lebih baik daripada titanium. Apabila titanium akan terhakis terlalu cepat, zirkonium memberikan peralatan hayat perkhidmatan yang mewajarkan harga pembelian yang lebih tinggi.
S: Berapa banyak hafnium yang boleh diterima dalam-kimia gred zirkonium?
Bahan kimia-gred umumnya diterima dengan kandungan hafnium sehingga kira-kira 4.5%. Mengurangkan hafnium di bawah 0.01% adalah langkah pemisahan yang mahal dan dikhaskan untuk tugas nuklear.
S: Dalam asid yang manakah zirkonium harus dielakkan?
Asid hidrofluorik, asid sulfurik pekat, asid fosforik pekat, aqua regia, asid hidrobromik, asid fluorosilicic, asid fluoroborik dan air bromin semuanya memusnahkan filem pasif dan mesti dielakkan.
S: Pada suhu berapakah zirkonium mengambil hidrogen?
Penyerapan hidrogen bermula di atas kira-kira 300 darjah dan membawa kepada kerosakkan. Hidrogen yang diserap boleh dikeluarkan dengan penyepuhlindapan vakum pada kira-kira 1000 darjah.
S: Apakah yang berlaku kepada zirkonium dalam udara pada suhu tinggi?
Ia mengelupas dengan teruk pada kira-kira 425 darjah, membentuk oksida putih pada kira-kira 540 darjah, dan di atas kira-kira 700 darjah menyerap oksigen dan menjadi rapuh; oksigen yang diserap tidak boleh dikeluarkan dengan penyepuhlindapan vakum.
S: Bolehkah zirkonium dikimpal secara normal?
Ya, dengan syarat sambungan itu dilindungi dengan gas lengai dan permukaannya bersih dan bebas daripada pencemaran besi dan kuprum, diikuti dengan penjerukan, kerana pencemaran semasa mengimpal menyebabkan kegagalan awal.
