Aqua Regian ympäristö
Sekoitettu typpi-suolahappo-aqua regia suhteessa 1:3 HNO₃:HCl- on yksi harvoista kemiallisista seoksista, jotka voivat liuottaa kultaa ja platinaa. Sitä käytetään jalometallien jalostuksessa, puolijohteiden etsauksessa ja erikoismetallien viimeistelyssä. Voimakkaan hapettimen (HNO3) ja kompleksinmuodostajan (HCl, joka tuottaa Cl⁻) yhdistelmä hyökkää lähes kaikkiin metalleihin.
Platina{0}}päällystetty niobium on yksi harvoista metallirakenteista, jotka selviävät tästä ympäristöstä. Ohut kerros platinaa, -tyypillisesti 0,1-0,25 mm paksu, on metallurgisesti sidottu niobiumsubstraattiin. Platina tarjoaa korroosionkestävyyden. Niobium tarjoaa rakenteellista lujuutta ja edullisempia kustannuksia kuin kiinteä platina. Tämä komposiittirakenne on kallis, erikoistunut ja rajallinen.
PTFE on immuuni aqua regialle. Vertailu on kalliin jalometallikomposiitin välillä, jonka käyttöikä on rajallinen, ja halvan polymeerin välillä, jonka kemiallinen käyttöikä on rajoittamaton.
Platinapäällysteen vikamekanismi
Platina kestää aqua regiaa kohtuullisissa lämpötiloissa. Verhous ei kuitenkaan koskaan ole täysin yhtenäinen. Mikroskooppiset neulanreiät, valmistuksen tai huollon aiheuttamat naarmut ja diffuusiovyöhykkeet platina-niobiumin rajapinnassa luovat reittejä, joiden avulla happo saavuttaa niobiumsubstraatin.
Kun happo on kosketuksissa niobin kanssa, tapahtuu nopeaa korroosiota. Niobiumilla on jonkin verran vastustuskykyä typpihapolle, mutta HCl hyökkää siihen, erityisesti hapettimien läsnä ollessa. Korroosio leikkaa platinapäällysteen, jolloin se irtoaa hiutaleiksi tai rakkuloiksi. Altistuva alue kasvaa ja vaihdin epäonnistuu.
Vika on usein äkillinen,{0}}kuori näyttää ehjältä, kunnes rakkula repeää tai neulareikä tunkeutuu niobiumiin. Kun alusta on paljastettu, vaihdin on poistettava ja palautettava valmistajalle uudelleen-pinnoittamista varten, mikä prosessi maksaa 50–80 % uudesta yksiköstä.
| Käyttöikäparametri | Platina{0}}päällystetty niobiumi | PTFE |
|---|---|---|
| Korroosiosuojamekanismi | Platinaverhoilu (0,1-0,25 mm) | Luontainen C-F-sidoksen vakaus |
| Päällystysvaurion riski | Neulanreiät, naarmut, diffuusiovyöhykkeet | Ei käytössä (homogeeninen) |
| Vikatila | Päällystyksen tunkeutuminen → niobiumsubstraatin korroosio | Asteittainen hiipuminen |
| Käyttöikä aqua regiassa 60 astetta (vuotta) | 3-8 (verhouksesta riippuvainen) | 15+ |
| Korjausmenetelmä | Tehdas{0}}verhoilu (viikkoja) | Kenttäputken tukkeutuminen (tuntia) |
| Materiaalikustannukset (suhteellinen) | 30-50× | 1× |
Lämpötilan rajoitus
Platinaverhouksen korroosionkestävyys heikkenee lämpötilan noustessa. 60 asteen lämpötilassa platina-päällystetyn niobiumin käyttöikä aqua regiassa on 3–8 vuotta. 80 asteessa elinikä lyhenee 2-4 vuoteen. Kiehumislämpötiloissa (noin 110 astetta aqua regialle) nopea vika on todennäköinen.
Lämpötila ei vaikuta PTFE:hen 260 asteen rajan sisällä. Aqua regian käyttöikä on riippumaton lämpötilasta. Vaihdin toimii 60 asteen, 80 asteen tai 110 asteen kulmassa samalla kemiallisella inertsillä. Mekaaninen virumisikä lyhenee korkeammissa lämpötiloissa, mutta pysyy käyttöikää{7}}rajoittavana tekijänä, ei kemiallisen hyökkäyksen vaikutuksesta.
Kenttäkorjauksen etu
Kun platina{0}}päällystetty vaihdin epäonnistuu, se on poistettava ja lähetettävä tehdaspinnoitetta varten. Katkosaika on viikkoja. Tuotanto keskeytyy, ellei varavaihdinta ole saatavilla. Varaosan ja menetetyn tuotannon hinta kääpiö-verhoilukustannuksiin.
Kun PTFE-vaihtimeen kehittyy vuoto-yleensä useiden vuosien kuluttua virumisohennuksesta-, vahingoittunut putki voidaan sulkea kentällä. Vaihdin palaa käyttöön muutaman tunnin sisällä. Korjauksen tekee laitoksen huoltohenkilöstö vakiotyökaluilla. Tehdaspalautusta ei vaadita.
Yhteenveto
PTFE-lämmönvaihtimet kestävät platina{0}}pinnoitetun niobiumin pidempään HNO₃-HCl-sekoitetusetsauksessa, koska homogeenisella fluoripolymeerillä ei ole vaurioittavaa suojakuorta. Platinaverhous on alttiina rei'ille, naarmuille ja diffuusioon{3}} liittyville virheille, jotka altistavat niobiumsubstraatin nopealle korroosiolle. PTFE:llä on 15+ vuoden käyttöikä kaikissa lämpötiloissa sen arvorajojen puitteissa, se maksaa murto-osan jalometallikomposiitista, ja se voidaan korjata kentällä.
Tekninen tuki PTFE-lämmönvaihtimen spesifikaatioille aqua regiassa ja sekahappoetsauksessa on saatavilla, kun happosuhteet, käyttölämpötila ja laitteen nykyinen käyttöikä ja korjaushistoria on toimitettu.
