Kako vruća koncentrirana otopina kalijevog cijanida (5–10%) na 50–80 stepeni mijenja potrebnu debljinu zida kvarcnog omotača za grijače za rudarenje i galvanizaciju zlata?

Alkalna kompleksacija Hot cyanide Solutions Attack of Fused Silic

KCN je ključni liksivijant u iskopavanju zlata (proces cijanidacije) i primarna komponenta elektrolita u galvanizaciji zlata, srebra i bakra. Tipične koncentracije su 5-10% po težini u vodenom rastvoru, sa radnom temperaturom od 50-80oC (povišene radi povećanja brzine ispiranja ili poboljšanja kvaliteta prevlake). Hidroliza cijanida rezultira CN− + H2O ⇌ HCN + OH− . Ovo čini rastvor prilično alkalnim (pH 11-12). U otopinama cijanida ponekad se koriste kvarcni imerzioni grijači jer fuzionirani silicijum ima visoku otpornost na većinu alkalnih otopina. Ali zagrijani, koncentrirani cijanid ima svoj korozivni mehanizam. Hidrolizom nastaju hidroksidni joni (OH-) koji napadaju silicijumsku mrežu i stvaraju rastvorljive silikate. Jon cijanida (CN − ) je takođe moćan agens za stvaranje kompleksa, sposoban da formira rastvorljive komplekse silicijum-cijanida (iako manje stabilan od napada hidroksida). Brzina korozije je uporediva sa onom razrijeđenog natrijum hidroksida pri istom pH, ali s dodanom komponentom za kompleksiranje. U ovom radu kvantifikuju se efekti koncentracije KCN (5-10%), temperature (50-80 stepeni) i pH rastvora na ujednačene brzine korozije fuzionisanog silicijum dioksida. Izvedena je potrebna debljina stijenke kvarcnog plašta za grijače za eksploataciju zlata i galvanizaciju u praktičnim servisnim intervalima (2.000 do 8.000 sati).

Kinetika korozije topljenog silicijum dioksida u vrućem kalijevom cijanidu

Kvarcna korozija u KCN otopinama je posljedica hidroksidnih jona nastalih hidrolizom cijanida. pH je oko 11,5-12,0 na 25 stepeni 5% KCN (oko . 0.8 M) pH se malo povećava na 70 stepeni zbog više hidrolize (pKa HCN je 9,2 na 25 stepeni, niži na višim temperaturama). Koncentracija OH- je 0,001-0,01 M. Ovo je otprilike 0,1% NaOH. Sam jon cijanida takođe može biti direktno uključen u napad: CN- može da se koordinira sa atomima silicijuma na površini, slabeći vezu Si-O-Si i omogućavajući hidrolizu. Konačni rezultat je stopa korozije 20-40% veća nego u NaOH pri istom pH.

Ispitivanje uranjanjem u 8% KCN na 70 stepeni topljenog kvarca visoke čistoće pokazalo je konstantnu stopu korozije od 0,0005-0,001 mm/sat. Na 80 stepeni tempo se povećava do 0,001-0,002 mm/sat. Na 50 stepeni brzina je 0,0002–0,0004 mm/sat. Za poređenje, kvarc korodira brzinom od 0,0003-0,0006 mm/sat u 0,01 M NaOH (pH 12) na 70 stepeni. Kvarcni omotač od 2,0 mm na 70 stepeni izgubio bi 0,0008 mm/sat × 2,500 sati=2.0 mm, ili životni vijek od oko 2500 sati (3,5 mjeseca). 3.0 mm zid 3,750 sati 4,0 mm zid 5,000 sati a 4,0 mm zid 5,000 sati. je praktičan. Kada se galvanizira na nižim temperaturama (50-60 stepeni) njegov vijek trajanja je znatno duži.

Lokalizirani pitting i sigurnosni problemi

Otopine cijanida su prilično otrovne, a kvar grijača predstavlja opasnost po sigurnost. Metalni grijači brzo korodiraju i mogu unijeti metalne nečistoće koje ometaju oporavak zlata. Stoga se koriste kvarcni grijači. Ali ako se kvarc razbije, grijaći element (obično NiCr ili nehrđajući čelik) mogao bi reagirati s cijanidom, možda stvarajući otrovne pare. Deblji kvarcni zid nudi veći sigurnosni tampon protiv pucanja od termičkog naprezanja ili mehaničke sile. Za upotrebu cijanida, minimalna debljina zida od 2,5 mm se predlaže bez obzira na procjenu korozije.

Kristalizacija cijanida je opasna u zoni meniskusa. Kalijum cijanid je tečan i može proizvesti koncentrirani alkalni sloj koji potiče napad. Parni štit ili grijani gornji omotač sprječavaju kristalizaciju.

Termička kazna debljih zidova u rastvorima cijanida

Na 70 stepeni toplotna provodljivost rastvora kalijum cijanida na 8% je oko 0,60–0,65 W/(m·K)-slično vodi. Za zid od 2,5 mm R_cond=0.00181, za zid od 4,0 mm R_cond=0.00290. Za h=800 W/(m2K) U se smanjuje sa ~380 na 280 W/(m2K), smanjenje od 26%. Ova kazna je prihvatljiva jer deblji zid ima koristi od sigurnosti.

Matrica odabira zasnovana na scenariju

Scenario primjene Preporučena debljina zida jezgra Obrazloženje
Cijanidacija zlata (8 % KCN, 70 stepeni, kontinuirano, zamena 3 meseca) 3,0 – 4,0 mm, kvarc visoke čistoće Stopa korozije ~0,0008 mm/h Sigurnosna granica protiv pucanja je obezbeđena debljim zidom. U ≈ 300-350 W/(m2·K)
Electroplating (5 % KCN, 55 C, continuous) 2.5 – 3.0 mm Rate ~0.0003 mm/hour → 3.0 mm yields >10.000 sati. Sigurnosna granica je obavezna.
Laboratorijski cijanid (niska koncentracija, 50 stepeni) 2,0 – 2,5 mm Prihvatljivo, ali se mora pažljivo pratiti.
Promjene u dizajnu koje dopunjuju: Korozija se smanjuje održavanjem niske temperature (ispod 70 stepeni). Dodatak vapna (CaO) stabilizuje cijanid i minimizira hidrolizu. Redovne provjere debljine su obavezne. PTFE parne barijere štite od napada meniskusa.