Miksi zirkoniumtangot valitaan kemianhuoltoon
Useimmissa erittäin syövyttävissä aineissa zirkonium kestää iskua paremmin kuin titaani. Tästä syystä zirkoniumlaitteet maksavat enemmän, mutta silti löytävät tiensä kemiantehtaille: missä titaani saavuttaa rajansa, zirkoniumtangot ja valmistetut osat säilyvät. Zirkonium on passivoiva metalli ja yhdistyy helposti hapen kanssa muodostaen tiheän, tarttuvan pintakalvon, ja juuri tämä kalvo, sen alla oleva metalli, tarjoaa korroosionkestävyyden.
Hafnium Control ja materiaalin valinta
Zirkonium ja hafnium esiintyvät rinnakkain zirkoniummalmeissa, joissa hafniumpitoisuus on noin 2-3 % zirkoniumpitoisuudesta, ja nämä kaksi alkuainetta käyttäytyvät hyvin samalla tavalla fysikaalisesti ja kemiallisesti. Niiden erottaminen kokonaan on vaikeaa ja kallista: zirkoniumin, jonka hafniumpitoisuus on alle 0,01 %, valmistaminen maksaa paljon enemmän, koska erotusvelvollisuus on ankara. Kemiallisen -luokan zirkoniumin osalta tämä kustannus ei ole perusteltu. Käytännössä kemiallisen -laatuisen materiaalin hafniumpitoisuus on enintään noin 4,5 % ilman, että se vahingoittaa korroosion suorituskykyä, kun taas ydintehtaissa, joissa hafnium on poistettava sen neutroneja-absorboivan käyttäytymisen vuoksi, käytetään alhaisia{10}}hafniumlaatuja.
Korroosionkestävyys: missä zirkonium toimii
Passiivisen kalvonsa ansiosta zirkonium kestää useimpia orgaanisia happoja, epäorgaanisia happoja, vahvoja emäksiä, sulaneita suoloja, korkean lämpötilan vettä ja nestemäisiä metalleja. Käytännön rajat asettavat lämpötila ja tiettyjen väliaineiden taipumus hajottaa kalvo tai lisätä vetyä.
| Keskitaso tai kunto | Zirkoniumin käyttäytyminen |
|---|---|
| Kloorivetyhappo, kaikki pitoisuudet ilmakehän kiehumispisteen alapuolella | Erinomainen vastustuskyky; hydraus on mahdollista yli 149 asteessa |
| Typpihappo 250 asteeseen asti, massaosuus enintään 70 % | Korroosionkestävä; syttymisvaara väkevässä typpihapossa, joka sisältää hyvin vähän vettä |
| Orgaaniset hapot | Yleensä kestävä |
| Vahvat alkalit, sulat suolat, korkean lämpötilan -vesi, nestemäiset metallit | Kestää normaaleissa käyttöolosuhteissa |
| Pelkistävät kloridiliuokset | Kestävä |
| Fluorivetyhappo, väkevä rikkihappo, väkevä fosforihappo, aqua regia, bromivesi, bromivetyhappo, fluoripiihappo, kalsiumhypokloriitti, fluoroboorihappo | Ei kestä, koska passiivinen kalvo tuhoutuu |
| Hapettavat kloridiliuokset, kuten kuparikloridi ja rautakloridi | Ei kestä |
Suunnittelun tulisi siksi alkaa todellisen käyttölämpötilan ja pitoisuuden keskipitkällä-välikohtaisella-tarkastelulla, ei yleisellä korroosionkestävyyden väitteellä.
Hapetus, typpi ja vety korotetussa lämpötilassa
Ilmassa zirkonium alkaa kuoriutua voimakkaasti noin 425 asteessa ja muodostaa valkoista zirkoniumoksidia noin 540 asteessa.
Noin 700 asteen yläpuolella se imee happea ja muuttuu hauraaksi; tyhjiöhehkutus ei voi poistaa tätä happea.
Se reagoi typen kanssa noin 400 asteen yläpuolella ja reaktiosta tulee voimakas lähellä 800 astetta; Tällä tavalla otettua typpeä ei myöskään voida poistaa tyhjiöhehkutuksella.
Vedyn absorptio alkaa noin 300 asteen yläpuolella ja aiheuttaa vetyhaurautta, mutta vety voidaan poistaa tyhjiöhehkutuksella noin 1000 asteessa.
Nämä luvut selittävät, miksi zirkoniumlaitteita suojataan hitsauksen ja lämpökäsittelyn aikana ja miksi vedyn kerääntyminen, eikä tasainen seinähäviö, määrää usein komponentin käyttöikää.
Tyypillisiä sovelluksia kemianteollisuudessa
Kuori-ja-putki- ja bajonettilämmönvaihtimet, jotka käsittelevät kuumia suolahappoa ja kloridia{2}} sisältäviä prosessivirtoja.
Reaktorit, autoklaavit ja paineastiat aggressiiviseen orgaaniseen ja epäorgaaniseen kemiaan.
Tislauskolonnit, sisäosat, alustat ja pakkaustuet.
Putket, liittimet, venttiilit, pumpun akselit ja sekoittimet, joissa titaani syöpyy liian nopeasti.
Urea-, etikkahappo- ja vetyperoksidipalvelu ja laitteet, jotka ovat alttiina kloorivedyn ja hypokloriitti{0}}vapaalle kloridilipeelle.
Zirkoniumtangon valmistus- ja laatupisteet
Osta sauva, joka on kemiallisesti sertifioitu ja jäljitettävissä sen lämmölle ja jossa on ilmoitettu hafniumpitoisuus, jotta laatu tiedetään ennen valmistuksen aloittamista.
Valmista puhtaalla, omistetulla alueella; pinnalla oleva rauta- ja kuparikontaminaatio voi vaarantaa passiivikalvon.
Hitsaa inertissä kaasussa riittävällä suojauksella ja peittauksella jälkeenpäin, koska hitsauksen aikana tapahtuva kontaminaatio on yleinen syy ennenaikaiseen rikkoutumiseen.
Vältä käyttöolosuhteita, joissa vedyn tuottaminen yhdistyy korkeaan lämpötilaan, tai määritä tyhjiöhehkutus noin 1000 asteeseen imeytyneen vedyn poistamiseksi.
Pidä altistuminen hapelle ja typelle kuumamuovauksen aikana yllä olevissa rajoissa; jos metalli on työstettävä kuumana, käytä suojailmaa.
Usein kysytyt kysymykset
K: Miksi zirkonium on kalliimpaa kuin titaani, mutta silti sitä käytetään kemiantehtaissa?
Koska useimmissa erittäin syövyttävissä materiaaleissa se kestää hyökkäystä paremmin kuin titaani. Kun titaani syöpyisi liian nopeasti, zirkonium antaa laitteille käyttöiän, joka oikeuttaa korkeamman ostohinnan.
K: Kuinka paljon hafniumia hyväksytään kemiallisessa{0}}zirkoniumissa?
Kemiallisia{0}}laatuisia materiaaleja hyväksytään yleensä, kun hafniumpitoisuus on enintään noin 4,5 %. Hafniumin vähentäminen alle 0,01 prosentin on kallis erotusvaihe, ja se on varattu ydinkäyttöön.
K: Missä hapoissa zirkoniumia tulisi välttää?
Fluorivetyhappo, väkevä rikkihappo, väkevä fosforihappo, aqua regia, bromivetyhappo, fluoripiihappo, fluoriboorihappo ja bromivesi tuhoavat kaikki passiivikalvon ja niitä on vältettävä.
K: Missä lämpötilassa zirkonium kerää vetyä?
Vedyn absorptio alkaa noin 300 asteen yläpuolella ja johtaa haurastumiseen. Absorboitunut vety voidaan poistaa tyhjiöhehkutuksella noin 1000 asteessa.
K: Mitä tapahtuu zirkoniumille ilmassa korkeassa lämpötilassa?
Se kuoriutuu voimakkaasti noin 425 asteessa, muodostaa valkoista oksidia noin 540 asteessa ja noin 700 asteen yläpuolella imee happea ja muuttuu hauraaksi; imeytynyttä happea ei voida poistaa tyhjiöhehkutuksella.
K: Voidaanko zirkoniumia hitsata normaalisti?
Kyllä, jos liitos on suojattu inertillä kaasulla ja pinta on puhdas ja vapaa rauta- ja kuparikontaminaatiosta, jota seuraa peittaus, koska hitsauksen aikana tapahtuva kontaminaatio aiheuttaa varhaisia vikoja.
