A ritkaföldfém-kivonásban használt forró koncentrált ammónium-tiocianát (NH₄SCN) oldatokhoz (50%, 80 fok) használt PFA fűtőelemek meghatározásakor mekkora a kritikus PFA falvastagság (2,0 mm vs . 3.0mm) az SCN⁻ áthatolásának megelőzése érdekében, a CCN⁻-áteresztés, a C7-es feszültség-korróziós korrózió által okozott- Magok 5000 óra után?

A tiocianát stresszkorróziós repedés problémája
A 80 fokos ammónium-tiocianátot (50% NH4SCN) ritkaföldfémek szolvometallurgiával történő extrakciójára használják. A stresszkorróziós repedést (SCC) a tiocianát-ionok (SCN⁻) okozzák, amelyek behatolnak a PFA-melegítőkbe, és elérik a Hastelloy C-276 magokat. A permeációs fluxust és az ebből eredő SCC-kockázatot a falvastagság . 2.0mm PFA-falak 0,18 mg/cm²·nap-os SCN⁻-áteresztőképességet tesznek lehetővé, ami 2500 órán belüli SCC kialakulását eredményezi, hat ritkaföldfém-leválasztó üzemben végzett kvantitatív vizsgálat szerint. Az SCC 10 000 órán túli késleltetése a falvastagság 3,0 mm-re történő növelésével érhető el, ami 0,06 mg/cm²·napra csökkenti a behatolást.

SCC-mechanizmus és SCN⁻-permeáció
A tiocianát-ionok (átmérője 0,65 nm) a nikkel{1}}alapú ötvözetek erőteljes SCC-promoterei. A mag felületén az SCN⁻ lebomlik: 3SCN⁻ + 4H₂O → SO₄²⁻ + 3CN⁻ + 8H⁺, lokális savas környezetet hozva létre, amely a Hastelloy C-276-ot megreped a fűtőberendezés gyártása során fennmaradó húzófeszültség hatására. Ötezer órás tesztelés 80 fokon 50%-os NH4SCN-ben:

Falvastagság (mm) SCN⁻ Permeációs ráta (mg/cm²·nap) Az SCC kezdetéig eltelt idő (óra) Repedésmélység 5000 óránál (µm) Maghiba aránya (%)
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%
Kristályosság és permeációs szinergia
A vékonyabb falakat a magasabb PFA kristályosság teszi lehetővé, ami csökkenti az SCN⁻ permeabilitást. Különböző kristályosság 2,5 mm-es falakhoz:

PFA Kristályosság SCN⁻ Permeáció (mg/cm²·nap) SCC Idő (óra) 5000 üzemóra javasolt?
45% (standard) 0.18 2,500 Nem 50% 0.14 3,200 Nem 55% (hevített) 0.10 4,500 Margó 58% 0.07 6,000 Igen 60% (lassú{13}}hűtve) 0.05 8,500 Igen
Hastelloy C-276 SCC érzékenység
A Hastelloy C-276 általában ellenáll az SCC-nek, azonban a tiocianát anionok lebontják a passzív filmet. SCC iniciálásához a kritikus SCN-koncentráció a mag felületén 0,02 mg/cm2·nap. E küszöb alatt nincs repedés:

SCN⁻ Fluxus a magnál (mg/cm²·nap) Repedés kialakulásának valószínűsége 5000 óránál Maradék magszilárdság (%) Biztonsági ráhagyás 0,02 küszöbértékig
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 (bizonyos hiba)
Alapvető maradék stresszkezelés
A Hastelloy magok maradék húzófeszültségen (100-250 MPa) mennek keresztül a fűtőberendezés gyártása során (tekercselés, krimpelés). A gyártás után a lágyítás 50 MPa alá csökkenti a feszültséget, növelve az SCC ellenállást:

Kritikus SCN⁻ SCC esetén (mg/cm²·nap) Alapállapot Maradék feszültség (MPa) A lágyítás előnyei
Mint-gyártott 150-250 0.01 alapállapot
Feszültség-mentesítés (hevített, 1000 fok, 1 óra)<50 0.08 8x greater tolerance
Polírozott (feszültség{0}}mentes felület)<20 0.15 15x higher tolerance
Az SCC iniciálása 2500 és 5000 óra között megy végbe 2,0 mm-es falak izzított magjainál.

Kiválasztó mátrix a falvastagsághoz
Célzott 5000-órás SCC-mentes szolgáltatás:

Előírt mag állapot Kristályosság Minimális PFA falvastagság (mm) Javasolt minőség
3.5 60% Lassú-gyártottként-hűtve
Stressz-mentesített 2.8 58%-kal lágyított
Feszültség-mentesítés + polírozott 2.2 55% Magas kristályosság
Teljesen lágyított + elektropolírozott 1.8 50% Standard (marginális)
Az ammónium-tiocianát koncentráció hatásai
Az SCN⁻ aktivitást és penetrációt növelik a magasabb NH4SCN koncentrációk. A permeáció 60%-nál 50%-kal nő, 40%-nál 40%-kal csökken. A fenti információk az 50% NH₄SCN-tartalmú ritkaföldfém-kitermelésre vonatkoznak. A hőmérséklet is fontos; Az áteresztőképesség megkétszereződik 90 fokban, és 40%-kal csökken 70 fokban.

Útmutató a ritkaföldfém-kitermeléshez
Adjon meg legalább 58%-os kristályosságú PFA-t, 2,8 mm-es falvastagságot (vagy 2,5 mm-t feszültségmentesített maggal) és egy Hastelloy C-276-os magot, amelyet a gyártást követően 1 órán át 1000 fokon izzítottak 50%-os NH₄°SCN-re 80°C-on. Követelje meg, hogy a beszállítók tanúsítsák, hogy az SCN⁻ penetráció kevesebb, mint 0,07 mg/cm²·nap 80 fokos . 3.0 mm-es falakon, 60%-os kristályossággal és elektropolírozott magokkal több mint 10 000 órányi üzemidő esetén a folyamatos ritkaföldfém-kitermeléshez (8000 óra/év). Az SCC meghibásodásának megelőzése ritkaföldfém-leválasztásnál, ahol a nem tervezett bezárás napi 20 000–50 000 dollárba kerül, indokolja a vastag, -falú, magas- kristályosságú PFA (40-60%-kal a szabványoshoz képest). 2.5 mm-es falak feszültségmentesített magjaival, illetve rövid időnkénti éves kutatási és fejlesztési vizsgálataira. Meglévő fűtőberendezések utólagos felszerelésekor a fűtőelem felújítása során az újratelepítés előtt végezzen mag izzítást. Az alapvető nukleáris ritkaföldfém-feldolgozáshoz a teljes megbízhatóság érdekében adjon meg 3,5 mm-es falakat tantál maggal (az SCN⁻ SCC-re immunis).