Când se specifică încălzitoarele PFA pentru soluții de tiocianat de amoniu concentrat fierbinte (NH₄SCN) (50%, 80 de grade) utilizate în extracția pământurilor rare, care este grosimea critică a peretelui PFA (2,0 mm față de . 3.0 mm) pentru a preveni penetrarea SCN⁻-după fisurarea C-27 indusă de coreloy66. 5000 de ore?

Problema fisurarii prin coroziune prin stres cu tiocianat
Tiocianatul de amoniu (50% NH₄SCN) la 80 de grade este utilizat pentru extracția elementelor de pământ rare folosind solvometalurgia. Fisurarea prin coroziune sub tensiune (SCC) este cauzată de ionii de tiocianat (SCN⁻) care pătrund în încălzitoarele PFA și ajung la miezurile Hastelloy C-276. Fluxul de permeație și riscul de SCC rezultat sunt determinate de grosimea peretelui. 2.0mm. Pereții PFA permit permeabilitatea SCN⁻ de 0,18 mg/cm²·zi, rezultând începerea SCC în 2500 de ore, conform studiului cantitativ de la șase instalații de separare a pământurilor rare. Întârzierea SCC peste 10.000 de ore se realizează prin creșterea grosimii peretelui la 3,0 mm, ceea ce scade penetrarea la 0,06 mg/cm²·zi.

Mecanismul SCC și permeabilitatea SCN⁻
Ionii tiocianat (diametrul 0,65 nm) sunt promotori SCC puternici pentru aliajele pe bază de nichel. La suprafața miezului, SCN⁻ se descompune: 3SCN⁻ + 4H₂O → SO₄²⁻ + 3CN⁻ + 8H⁺, creând un mediu acid localizat care crapă Hastelloy C-276 sub tensiune reziduală de tracțiune în timpul fabricării încălzitorului. Testare timp de cinci mii de ore la 80 de grade în 50% NH₄SCN:

Grosimea peretelui (mm) SCN⁻ Rata de penetrare (mg/cm²·zi) Timp până la inițierea SCC (ore) Adâncimea fisurii la 5000h (µm) Rata de eșec a miezului (%)
1.5 0.28 1,800 180 85% 2.0 0.18 2,500 120 60% 2.5 0.10 4,000 60 25%
3.0 0.06 6,500 25 8% 3.5 0.04 9,000 10 2%
Sinergia de cristalinitate și permeabilitate
Pereții mai subțiri sunt posibili prin cristalinitatea mai mare a PFA, care scade permeabilitatea SCN⁻. Cristalinitate diferită pentru pereți de 2,5 mm:

PFA Cristalinitate SCN⁻ Permeabilitatea (mg/cm²·zi) SCC Timp (ore) Sugerat pentru 5000 de ore de serviciu?
45% (standard) 0.18 2,500 Nu 50% 0.14 3,200 Nu 55% (recoacet) 0.10 4,500 Marginal 58% 0.07 6,000 Da 60% (răcit-lent) 0.05 8,500 Da
Susceptibilitate Hastelloy C-276 SCC
Hastelloy C-276 este în general rezistent la SCC, totuși anionii tiocianat descompun filmul pasiv. Pentru inițierea SCC, concentrația critică de SCN⁻ la suprafața miezului este de 0,02 mg/cm²·zi. Nu există fisuri sub acest prag:

SCN⁻ Flux la miez (mg/cm²·zi) Probabilitatea de inițiere a fisurii la 5000h Rezistența reziduală a miezului (%) Marja de siguranță până la pragul de 0,02
0.01 <1% 99% 2.0x (safe) 0.02 5% 95% 1.0x (threshold) 0.04 25% 80% 0.5x (risky) 0.06 50% 65% 0.33x (failure likely)
0.10 80% 40% 0,2x (certa eșec)
Managementul fundamental al stresului rezidual
Miezurile Hastelloy suferă tensiuni reziduale de tracțiune (100–250 MPa) în timpul fabricării încălzitorului (înfăşurare, sertizare). După fabricare, recoacere scade stresul la mai puțin de 50 MPa, crescând rezistența SCC:

SCN⁻ critic pentru SCC (mg/cm²·zi) Stare de bază Stresul rezidual (MPa) Beneficiul recoacerii
Ca -fabricat 150-250 0.01 Linia de referință
Eliberat{0}}de stres (recoace, 1000 de grade, 1 oră)<50 0.08 8x greater tolerance
Lustruit (suprafață-fără stres)<20 0.15 15x higher tolerance
Inițierea SCC are loc între 2500 și 5000 de ore pentru pereții de 2,0 mm cu miezuri recoapte.

Matrice de selecție pentru grosimea peretelui
Vizarea serviciului fără SCC de 5000-ore:

Stare de bază Cristalinitate necesară Grosimea minimă a peretelui PFA (mm) Gradul sugerat
3.5 60% Lentă-răcită ca-fabricat
Stresul-atenuat 2.8 58%
Stresul-eliberat + lustruit 2.2 55% Cristalinitate ridicată
Complet recoacet + electrolustruit 1.8 50% Standard (marginal)
Efectele concentrației de tiocianat de amoniu
Activitatea și penetrarea SCN⁻ sunt crescute de concentrații mai mari de NH₄SCN. Permeația crește cu 50% la 60% și scade cu 40% la 40%. Informațiile de mai sus se aplică extracției pământurilor rare cu 50% NH₄SCN. Temperatura este, de asemenea, importantă; permeabilitatea se dublează la 90 de grade și scade cu 40% la 70 de grade.

Ghid de specificații pentru extracția pământurilor rare
Specificați PFA cu cel puțin 58% cristalinitate, o grosime a peretelui de 2,8 mm (sau 2,5 mm cu un miez detensionat-) și un miez Hastelloy C-276 care a fost recoacet la 1000 de grade timp de o oră după fabricare pentru 50% NH₄°SCN. Solicitarea furnizorilor să certifice că penetrarea SCN⁻ este mai mică de 0,07 mg/cm²·zi la 80 de grade . 3.0 mm pereți cu 60% cristalinitate și miezuri electrolustruite pentru mai mult de 10.000 de ore de funcționare sunt necesare pentru extracția continuă a pământurilor rare (8000 ore/an). Prevenirea eșecului SCC în separarea pământurilor rare, unde închiderea neprogramată costă 20.000–50.000 USD pe zi, justifică prima pentru PFA cu cristalinitate-perete înalt-(40–60% peste standard). 2.5mm cu miezuri eliberate de stres și pot fi miezuri de cercetare și campanii de inspecție scurte adecvate pentru dezvoltarea campaniei de scurtă durată. La montarea ulterioară a încălzitoarelor existente, aplicați recoacerea miezului ca parte a recondiționării încălzitorului înainte de reinstalare. Pentru procesarea de pământuri rare nucleare esențiale, specificați pereți de 3,5 mm cu miezuri de tantal (imuni la SCN⁻ SCC) pentru o fiabilitate deplină.