Ylikuumenevan elektrolyytin ongelma
Kuparin sähköraffinointikennot tuottavat lämpöä ohmisesta resistanssista. Anodin ja katodin välillä elektrolyytin läpi kulkeva virta tuottaa noin 0,25-0,35 kWh lämpöä kerrostettua kuparikiloa kohden. Ilman riittävää jäähdytystä elektrolyytin lämpötila nousee yli 60-65 asteen käyttörajan.
Ylikuumentunut elektrolyytti aiheuttaa useita prosessiongelmia. Virran hyötysuhde laskee, kun vedyn kehittyminen kilpailee kuparin laskeuman kanssa. Saostuman morfologia heikkenee, jolloin muodostuu karkeita, nodulaarisia katodeja. Happosumun muodostuminen lisääntyy, mikä huonontaa työympäristöä. Jalostamon on vähennettävä virrantiheyttä, mikä suoraan alentaa tuotantotehoa.
Elektrolyytin kiertopiirin jäähdytyspatterit ovat ensisijainen suoja ylikuumenemista vastaan. Kun nämä kelat menettävät tehokkuutta, koko jalostamon tuotanto kärsii. Diagnoosin ja korjaamisen on tapahduttava nopeasti.
Jäähdytyskäämin tehottomuuden diagnostiikkapolku
Jäähdytyskäämin suorituskyvyn heikkeneminen kuparin sähköpuhdistuksessa johtuu erityisistä, diagnosoitavista syistä. Järjestelmällinen vianetsintä tunnistaa perimmäisen syyn tunneissa eikä päivissä.
Elektrolyytissä on 40-50 g/l kuparia ja 150-200 g/l rikkihappoa 55-65 asteessa. Tämä kuuma, tiivistetty happo hyökkää useimpiin metalleihin. Ruostumattomasta teräksestä valmistetut jäähdytyspatterit kehittävät pinnan hilseilyä kuparisulfaatin kiteytymisestä, kun seinämien lämpötila laskee kyllästyspisteen alapuolelle. Vanhemmissa jalostamoissa perinteiset lyijyjäähdytyspatterit syöpyvät hitaasti ja muodostavat eristäviä lyijysulfaattikerroksia.
Jäähdytysveden laadulla on yhtä lailla merkitystä. Kova vesi kerää kalsiumkarbonaattikiveä putkien sisään. Jäähdytystornin vesi aiheuttaa biologista likaantumista, joka pinnoittaa sisäpinnat. Molemmat mekanismit eristävät putken seinämän jäähdytysväliaineesta.
Strukturoitu diagnostinen lähestymistapa mittaa sisään- ja ulostulon lämpötiloja sekä elektrolyytin että jäähdytysveden puolella, laskee todellisen kokonaislämmönsiirtokertoimen ja vertaa sitä puhtaan-kunnon perusarvoon. Todellisen ja U-perusarvon välinen ero ilmaisee likaantumisen vakavuuden ja ohjaa korjaavia toimia.
Taulukko 1: Jäähdytyspatterin tehokkuuden diagnostiset indikaattorit kuparin sähköjalostuksessa
| Oire | Todennäköinen syy | Diagnostinen mittaus | Korjaustoimet |
|---|---|---|---|
| U-arvon asteittainen lasku kuukausien aikana | Kuparisulfaattihilse elektrolyytin puolella | Silmämääräinen tarkastus; happoliukoisuustesti | Kemiallinen kalkinpoisto tai PTFE:n vaihto |
| U--arvon äkillinen lasku jäähdytysveden huollon jälkeen | Sisäinen kova vesivaaka | Jäähdytysveden analyysi; ΔP kasvu | Sisäinen kalkinpoisto |
| Epätasainen jäähdytys solupankissa | Virtauksen epäjakauma | Yksittäisten solujen lämpötilakartoitus | Tasapainota virtaus; harkitse PTFE-verkkoa |
| Jatkuvasti alhainen U{0}}-arvo puhdistuksen jälkeen | Seinien oheneminen tai pysyvä asteikko | Ultraääni paksuuden mittaus | Kelan vaihto PTFE:llä |
| Kausiluonteinen suorituskyvyn vaihtelu | Jäähdytysveden lämpötilan vaihtelu | Jäähdyttimen tai jäähdytystornin lokikatsaus | Suurempi jäähdytysvesijärjestelmä tai PTFE-patteri |
Diagnostiikkamenetelmät kuparin jalostamoiden käyttökokemuksesta ja lämmönvaihtimen suorituskykystandardeista.
Miksi PTFE katkaisee likaantumissyklin
PTFE-jäähdytyskäämit käsittelevät kuparin sähköraffinointipalvelun suorituskyvyn heikkenemisen perimmäisiä syitä materiaaliominaisuuksien eikä huoltotoimenpiteiden avulla.
Kuparisulfaattimittakaavan ytimen muodostuminen vaatii korkean{0}}energian pinnan kohtia. PTFE:n alhainen pintaenergia tarjoaa muutamia ydintymiskohtia. Muodostuva kalkki tarttuu heikosti ja pyrkii irtoamaan normaalissa elektrolyyttivirtauksessa. Lämmönsiirtopinnat pysyvät puhtaampina pidempään ilman kemiallisia toimenpiteitä.
Rikkihappo 150{5}}200 g/l ja 60 astetta ei hyökkää PTFE:tä vastaan. Korroosiota ei tapahdu. Seinien ohenemista ei tapahdu. Jäähdytyspatteri säilyttää asennetun seinämän paksuuden ja lämmönsiirto-ominaisuudet loputtomiin. Sekä lyijy- että ruostumaton teräsvaihtoehdot hajoavat asteittain tässä ympäristössä.
Jäähdytysveden puoleinen likaantuminen on edelleen mahdollista PTFE-kääreillä, mutta sileä sisäreikä kestää kalkkikiinnitystä paremmin kuin syöpynyt metalli. Kemiallisesti inertti putken seinämä eliminoi jäähdytysveden epäpuhtauksien huuhtoutumisen reikäkorroosiokohtien kautta elektrolyyttiin.
Tankhouse-muunnoksen tulokset
Kuparinjalostamo korvasi lyijyjäähdytyspatterit 40 -kennoosastossa PTFE-lämmönvaihtimilla. Lyijykäämit olivat vaatineet kalkinpoistoa 4-6 viikon välein, ja U-arvot putosivat 40 % puhdistusten välillä. Elektrolyytin lämpötila kennoissa, joissa oli likaantuneita keloja, saavutti 68 astetta huippuvirran aikana, mikä pakotti ampeerin pienenemisen.
PTFE-käämit mitoitettiin vastaavaan jäähdytyskäyttöön käyttämällä jäähdytettyä 15-asteista vettä. Verkkokokoonpano jakoi jäähdytyspinnan tasaisesti kennon leveydelle. 12 kuukauden jatkuvan käytön jälkeen elektrolyytin lämpötila pidettiin 61±2 asteessa ilman ampeerirajoituksia. U--arvo pysyi 8 prosentissa puhtaasta lähtötasosta. Kemiallista kalkinpoistoa ei suoritettu 12 kuukauden aikana.
Yhteenveto
Jäähdytystehokkuus kuparin sähköpuhdistuksessa johtuu kuparisulfaatin hilseilystä ja metallikäämien happokorroosiosta. Diagnostiset lämpötila- ja U--arvomittaukset tunnistavat hallitsevan mekanismin, joka ohjaa korjaavia toimia.
PTFE-lämmönvaihtimet käsittelevät molempia mekanismeja materiaaliominaisuuksien kautta: alhainen pintaenergia minimoi kalkkikiinnityksen ja kemiallinen inertisyys eliminoi happokorroosion. Lämmönsiirtokyky säilyy vakaana ilman metallikierukoiden syklistä hajoamista ja talteenottoa.
Kuparinjalostamoille, jotka pyrkivät vähentämään jäähdytyksen ylläpitoa ja stabiloimaan elektrolyytin lämpötilaa, tekninen analyysi PTFE-jäähdytyskäämin kokoa varten on saatavilla, kun kennojen mitat, elektrolyytin koostumus, käyttölämpötila, jäähdytysveden tekniset tiedot ja nykyiset jäähdytystehotiedot on toimitettu.
