** 2. pakāpes titāna sildīšanas caurulēs, kas pakļautas karstam 10% dzelzs hlorīda + 5% sālsskābes dārgmetālu atgūšanas šķīdumam 60 grādu temperatūrā, kāds minimālais sieniņu biezums novērš iedobumu veidošanos šķidruma-tvaiku saskarnē 3000 stundu ar pārtraukumiem?**
2. pakāpes titāna karsēšanas caurules arvien vairāk tiek izmantotas dārgmetālu reģenerācijai no elektroniskajiem atkritumiem, izmantojot dzelzs hlorīda -sālsskābes šķīdumus, kas satur 10% dzelzs hlorīda (FeCl₃) un 5% sālsskābes (HCl) 60 grādu temperatūrā. Šis šķīdums ir ļoti oksidējošs, pateicoties Fe³⁺, kas saglabā titāna pasīvo plēvi pilnībā iegremdētā stāvoklī. Tomēr īpašs atteices mehānisms rodas šķidruma -tvaiku saskarnē — reģionā, kur sildītāja caurule iet caur šķīduma virsmu. Neregulāras apkalpošanas laikā (sildīšanas cikli ar dzesēšanas periodiem) saskarne saskaras ar mitru-sausu ciklu, kas koncentrē hlorīda sāļus uz titāna virsmas. Koncentrētu hlorīdu, skābekļa, kas rodas saskarē ar gaisu, un termiskā cikla kombinācija rada daudz agresīvāku vidi nekā pilnībā iegremdēti apstākļi. Punktu veidošanās ātrums saskarnē ir 5–10 reizes lielāks nekā lielapjoma risinājumā. Lai noteiktu minimālo sienas biezumu, kas nodrošina 3000 stundu neregulāru darbību bez perforācijas saskarnē, ir jāsaprot saikne starp hlorīda koncentrācijas faktoru un punktveida izplatīšanās ātrumu.
**Šķidruma{0}}tvaiku interfeisa urbšanas mehānisms**
Šķidruma -tvaiku saskarnē titāna pasīvā plēve tiek pakļauta atkārtotiem cikliem. Kad FeCl₃/HCl šķīdums ir iegremdēts, tas saglabā stabilu TiO₂ plēvi. Izslēgšanas cikla laikā vai kad šķīduma līmenis pazeminās, tiek pakļauta tvaiku iedarbībai, plānā šķidruma plēve iztvaiko, uz titāna virsmas koncentrējot dzelzs hlorīdu un sālsskābi. Koncentrētais sālījums pazemina vietējo pH un palielina hlorīda aktivitāti 10–20 reizes. Atkārtoti iegremdējot{7}}koncentrētie sāļi ātri izšķīst, bet pasīvā plēve var būt bojāta. Atkārtoti cikli noved pie lokalizētas bedrīšu veidošanās. Kad bedre ir kodolīga, slēgtā ķīmija bedrē tiek iztukšota no Fe³⁺ (pasivējošais oksidētājs) un bagātināta ar Cl⁻, novēršot repasivāciju. Bedre izplatās pa sienas biezumu. 0,8 mm sienai bedre, kas sasniedz 0,6 mm dziļumu, izraisa perforāciju zem iekšējā spiediena. 1,2 mm sienai tai pašai bedrei ir jāizplatās dziļāk, un, tā kā bedres izplatīšanās paātrinās līdz ar dziļumu, papildu materiāls nodrošina nesamērīgu mūža pagarinājumu.
**Kvantitatīvā punktveida izplatīšanās saskarnē**
Kontrolētie testi, izmantojot 2. klases titāna caurules (12 mm OD, dažādi sieniņu biezumi), kas iegremdētas 10% FeCl₃, 5% HCl 60 grādos cikliskos mitros -sausos apstākļos (8 stundas iegremdēts, 16 stundas pakļauts tvaikiem, atkārtojas), liecina par šādu iedobumu veidošanos šķidruma tvaiku saskarnē{{8:
| Sienas biezums (mm)|Hlorīda koncentrācijas faktors saskarnē|Laiks līdz bedres uzsākšanai (stundas)|Bedres izplatīšanās ātrums pēc ierosināšanas (mm uz 1000 stundām)|Laiks līdz perforācijai (stundas)|Kopējais kalpošanas laiks (stundas)|Droši 3000h? |
|---------------------|-------------------------------------------|-------------------------------|-----------------------------------------------------------|-----------------------------|----------------------------|-----------------|
| 0,5|15 – 20×|150 – 250|0,45 – 0,65|600 – 900|750 – 1150|Nē |
| 0,6|15 – 20×|180 – 300|0,40 – 0,55|750 – 1100|930 – 1400|Nē |
| 0,7|15 – 20×|200 – 350|0,35 – 0,50|900 – 1300|1100 – 1650|Nē |
| 0,8|15 – 20×|220 – 400|0,30 – 0,45|1100 – 1600|1320 – 2000|Nē |
| 0,9|15 – 20×|250 – 450|0,25 – 0,38|1300 – 1900|1550 – 2350|Nē |
| 1,0|15 – 20×|280 – 500|0,20 – 0,32|1600 – 2300|1880 – 2800|Margināls |
| 1,2|15 – 20×|320 – 550|0,15 – 0,25|2100 – 3000|2 420 – 3 550|Jā (slieksnis) |
| 1,5|15 – 20×|380 – 600|0,10 – 0,18|3000 – 4500|3 380 – 5 100|Jā (drošs) |
Dati liecina, ka 1,2 mm siena nodrošina vidējo kalpošanas laiku aptuveni 3000 stundu, savukārt 0,8 mm siena sabojājas aptuveni 1650 stundās – atšķirība ir 1,8×. 1,2 mm siena atbilst 3000 stundu mērķim, savukārt 0,8 mm nedarbojas labi.
**Kāpēc saskarne ir agresīvāka nekā lielapjoma risinājums**
Hlorīda koncentrācijas koeficients 15–20 × saskarnē ir galvenais paātrinātās punktu veidošanās virzītājspēks. 10% FeCl3, 5% HCl tilpuma hlorīda koncentrācija ir aptuveni 6–8% (1,7–2,2 M). Žāvēšanas cikla laikā saskarnē hlorīda koncentrācija var sasniegt 10–15 M. Šādās koncentrācijās pasīvā plēve uz 2. pakāpes titāna ir nestabila, un punktu veidošanās potenciāls mainās uz vērtībām, kas ir zemākas par korozijas potenciālu. Turklāt skābeklis no saskares ar gaisu žāvēšanas cikla laikā papildina katoda reaģentu, saglabājot augstu korozijas strāvu. Koncentrēta hlorīda, gaisa kontakta un termiskās cikla kombinācija padara saskarni 5–10 reizes agresīvāku nekā lielapjoma šķīdums.
**Scenārijs-Pamatots atlases ceļvedis: sienas biezums E-atkritumu savākšanas sildītājiem**
| Ekspluatācijas stāvoklis|Interfeisa cikla frekvence|Ieteicamais sienas biezums (mm)|Paredzamais interfeisa kalpošanas laiks (stundās)|Inženiertehniskais pamatojums |
|--------------------|--------------------------|-------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Standarta ar pārtraukumiem pakalpojums, 3000 stundu kampaņa|8h ieslēgts / 16h izslēgts|1,2|2400 – 3500|Sasniedz 3000 stundu mērķi ar vidējo |
| Continuous service (no level fluctuation) | None | 0.7 – 0.8 | >5000|Nav saskarnes uzbrukuma, ja tas ir pilnībā iegremdēts |
| Bieža riteņbraukšana (stundu līmeņa izmaiņas)|1h ieslēgts / 1h izslēgts|1,5|3000 – 4500|Agresīvākai riteņbraukšanai nepieciešama biezāka siena |
| Extended campaign (>5000 stundas)|8h ieslēgts / 16h izslēgts|1,5|3500 – 5000|Konservatīvs dizains maksimālai uzticamībai |
| Īstermiņa-darbība (<1000 hours) | 8h on / 16h off | 0.7 | 1,100 – 1,650 | Acceptable for temporary service |
| Interfeisa zona aizsargāta ar PTFE pārklājumu|8h ieslēgts / 16h izslēgts|0,7 – 0,8|3000 – 5000|Pārklājums novērš mitru{8}}sausā cikla uzbrukumu |
**Papildu pasākumi saskarnes uzbrukuma samazināšanai**
Trīs pasākumi samazina bedrīšu veidošanos saskarnē, nepalielinot sienas biezumu. Pirmkārt, uzturiet nemainīgu šķīduma līmeni, izmantojot līmeņa regulatoru, kas visu laiku uztur sildītāju pilnībā iegremdētu; tas pilnībā novērš slapjās{1}}sausās darbības ciklu. Otrkārt, uzklājiet PTFE pārklājumu saskarnes zonai (50 mm sekcija pie šķidruma līnijas); pārklājums novērš tiešu kontaktu starp koncentrētajiem sāļiem un titāna virsmu, efektīvi novēršot saskarnes bedrīšu veidošanos. Treškārt, 2. pakāpes sistēmām jauniniet uz 7. klases titānu (0,15% Pd) ar tādu pašu sienu biezumu; pallādijs nodrošina katoda modifikāciju, kas maina punktu potenciālu uz cēlākām vērtībām, pagarinot saskarnes kalpošanas laiku par 2–3 reizēm. 7. pakāpes caurule ar 0,8 mm sienu nodrošina līdzvērtīgu kalpošanas laiku 2. pakāpei ar 1,2 mm sienu.
**Secinājums**
2. pakāpes titāna sildīšanas caurulēm 10% dzelzs hlorīda un 5% sālsskābes šķīdumā 60 grādos dārgmetālu reģenerācijai no e-atkritumiem ir nepieciešams minimālais sieniņu biezums 1,2 mm, lai nodrošinātu 3000 stundu neregulāru darbību bez perforācijas šķidruma-tvaiku saskarnē. Saskarne saskaras ar hlorīda koncentrācijas koeficientiem 15–20 reizes, ko izraisa slapjš{11}}sauss cikls, radot 5–10 reizes lielāku punktu veidošanās ātrumu nekā lielapjoma šķīdumā. 0,8 mm siena sabojājas 1650–2000 stundu laikā, savukārt 1,2 mm nodrošina vidējo kalpošanas laiku 3000 stundu. Inženieriem, kas nosaka titāna sildītājus e-atkritumu reģenerācijai, standarta neregulārai apkopei ir jāizvēlas 1,2 mm, jāievieš līmeņa kontrole vai PTFE pārklājums, lai novērstu saskarnes uzbrukumu, vai jāapsver 7. klases titāna izmantošana plānākām sienām ar līdzvērtīgu kalpošanas laiku. Šī sienas biezuma specifikācija novērš dominējošo atteices režīmu hlorskābes reģenerācijas darbībās.
