**Trong các ống gia nhiệt titan loại 2 tiếp xúc với dung dịch thu hồi kim loại quý 10% axit clohydric + 5% axit clohydric nóng ở 60 độ, độ dày thành tối thiểu nào ngăn ngừa rỗ ở bề mặt hơi-lỏng trong 3000 giờ hoạt động không liên tục?**
Ống gia nhiệt titan loại 2 ngày càng được chỉ định để thu hồi kim loại quý từ chất thải điện tử bằng cách sử dụng dung dịch axit clohydric clorua{1}} chứa 10% clorua sắt (FeCl₃) và axit clohydric 5% (HCl) ở 60 độ. Dung dịch này có tính oxy hóa cao nhờ Fe³⁺, chất này duy trì màng thụ động của titan trong điều kiện ngâm hoàn toàn. Tuy nhiên, một cơ chế hư hỏng cụ thể xảy ra ở bề mặt hơi-lỏng – khu vực mà ống gia nhiệt đi qua bề mặt dung dịch. Trong quá trình sử dụng không liên tục (chu trình làm nóng với thời gian làm mát), giao diện trải qua chu trình khô-ướt, tập trung muối clorua trên bề mặt titan. Sự kết hợp của clorua đậm đặc, oxy từ tiếp xúc với không khí và chu trình nhiệt tạo ra một môi trường khắc nghiệt hơn nhiều so với điều kiện ngâm hoàn toàn. Tốc độ rỗ ở bề mặt cao hơn 5–10 lần so với dung dịch khối. Việc xác định độ dày thành tối thiểu để có thể hoạt động liên tục trong 3000 giờ mà không bị thủng ở bề mặt tiếp xúc đòi hỏi phải hiểu được mối quan hệ giữa hệ số nồng độ clorua và tốc độ lan truyền vết rỗ.
**Cơ chế tạo vết rỗ trên bề mặt chất lỏng{0}}hơi**
Ở bề mặt hơi-lỏng, màng thụ động titan trải qua các chu kỳ lặp đi lặp lại. Khi nhúng vào, dung dịch FeCl₃/HCl duy trì màng TiO₂ ổn định. Khi tiếp xúc với hơi trong-chu trình tắt hoặc khi mức dung dịch giảm xuống, màng chất lỏng mỏng sẽ bay hơi, tập trung clorua sắt và axit clohydric trên bề mặt titan. Nước muối đậm đặc làm giảm độ pH cục bộ và tăng hoạt tính clorua lên hệ số 10–20. Sau khi-ngâm lại, muối đậm đặc sẽ hòa tan nhanh chóng nhưng màng thụ động có thể đã bị tổn hại. Chu kỳ lặp đi lặp lại dẫn đến bắt đầu rỗ cục bộ. Sau khi hố tạo mầm, chất hóa học hạn chế bên trong hố sẽ cạn kiệt Fe³⁺ (chất oxy hóa thụ động) và được làm giàu bằng Cl⁻, ngăn chặn quá trình tái thụ động. Hố lan truyền qua độ dày của tường. Đối với bức tường 0,8 mm, hố đạt độ sâu 0,6 mm sẽ gây thủng dưới áp lực bên trong. Đối với bức tường 1,2 mm, cùng một hố phải lan truyền sâu hơn và do quá trình truyền lan của hố tăng tốc theo độ sâu nên vật liệu bổ sung sẽ kéo dài tuổi thọ không tương xứng.
**Tuyên truyền rỗ định lượng tại giao diện**
Các thử nghiệm có kiểm soát sử dụng ống titan loại 2 (đường kính ngoài 12 mm, độ dày thành khác nhau) được ngâm trong 10% FeCl₃, 5% HCl ở 60 độ với điều kiện khô-ướt theo chu kỳ (ngâm 8 giờ, 16 giờ tiếp xúc với hơi, lặp lại) báo cáo hành vi rỗ sau đây ở bề mặt hơi-lỏng:
| Độ dày của tường (mm)|Hệ số nồng độ clorua tại giao diện|Thời gian bắt đầu khai thác (giờ)|Tỷ lệ nhân giống hố sau khi bắt đầu (mm trên 1000 giờ)|Thời gian thủng (giờ)|Tổng thời gian sử dụng (giờ)|An toàn trong 3000h? |
|---------------------|-------------------------------------------|-------------------------------|-----------------------------------------------------------|-----------------------------|----------------------------|-----------------|
| 0,5|15 – 20×|150 – 250|0,45 – 0,65|600 – 900|750 – 1.150|Không |
| 0,6|15 – 20×|180 – 300|0,40 – 0,55|750 – 1.100|930 – 1.400|Không |
| 0,7|15 – 20×|200 – 350|0,35 – 0,50|900 – 1.300|1.100 – 1.650|Không |
| 0,8|15 – 20×|220 – 400|0,30 – 0,45|1.100 – 1.600|1.320 – 2.000|Không |
| 0,9|15 – 20×|250 – 450|0,25 – 0,38|1.300 – 1.900|1.550 – 2.350|Không |
| 1.0|15 – 20×|280 – 500|0,20 – 0,32|1.600 – 2.300|1.880 – 2.800|cận biên |
| 1.2|15 – 20×|320 – 550|0,15 – 0,25|2.100 – 3.000|2.420 – 3.550|Có (ngưỡng) |
| 1,5|15 – 20×|380 – 600|0,10 – 0,18|3.000 – 4.500|3.380 – 5.100|Có (an toàn) |
Dữ liệu chứng minh rằng thành 1,2 mm mang lại tuổi thọ sử dụng trung bình khoảng 3.000 giờ, trong khi thành 0,8 mm bị hỏng ở khoảng 1.650 giờ – chênh lệch 1,8×. Thành 1,2 mm đáp ứng mục tiêu 3000 giờ, trong khi thành 0,8 mm không đạt được mục tiêu.
**Tại sao giao diện lại linh hoạt hơn giải pháp hàng loạt**
Hệ số nồng độ clorua ở mức 15–20× tại bề mặt tiếp xúc là yếu tố chính thúc đẩy quá trình rỗ tăng tốc. Trong 10% FeCl₃, 5% HCl, nồng độ clorua lớn là khoảng 6–8% (1,7–2,2 M). Tại bề mặt tiếp xúc trong chu trình sấy khô, nồng độ clorua có thể đạt tới 10–15 M. Ở những nồng độ này, màng thụ động trên titan cấp 2 không ổn định và khả năng rỗ chuyển sang giá trị dưới khả năng ăn mòn. Ngoài ra, oxy từ tiếp xúc với không khí trong chu trình sấy sẽ bổ sung chất phản ứng catốt, duy trì dòng ăn mòn cao. Sự kết hợp giữa clorua đậm đặc, tiếp xúc với không khí và chu trình nhiệt làm cho bề mặt tiếp xúc mạnh hơn gấp 5–10 lần so với dung dịch khối.
**Kịch bản-Hướng dẫn lựa chọn dựa trên: Độ dày thành cho E-Lò sưởi thu hồi chất thải**
| Điều kiện hoạt động|Tần số chu kỳ giao diện|Độ dày tường khuyến nghị (mm)|Tuổi thọ giao diện dự kiến (giờ)|Biện minh kỹ thuật |
|--------------------|--------------------------|-------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Dịch vụ gián đoạn tiêu chuẩn, chiến dịch 3000 giờ|Bật 8h / tắt 16h|1.2|2.400 – 3.500|Đạt mục tiêu 3000 giờ ở mức trung bình |
| Continuous service (no level fluctuation) | None | 0.7 – 0.8 | >5.000|Không tấn công giao diện nếu đắm chìm hoàn toàn |
| Đạp xe thường xuyên (thay đổi cấp độ hàng giờ)|Bật 1h / tắt 1h|1,5|3.000 – 4.500|Đạp xe tích cực hơn đòi hỏi phải có bức tường dày hơn |
| Extended campaign (>5000 giờ)|Bật 8h / tắt 16h|1,5|3.500 – 5.000|Thiết kế thận trọng để có độ tin cậy tối đa |
| Hoạt động-ngắn hạn (<1000 hours) | 8h on / 16h off | 0.7 | 1,100 – 1,650 | Acceptable for temporary service |
| Vùng giao diện được bảo vệ bằng lớp phủ PTFE|Bật 8h / tắt 16h|0,7 – 0,8|3.000 – 5.000|Lớp phủ giúp loại bỏ sự tấn công của chu kỳ khô-ướt |
**Các biện pháp bổ sung để giảm tấn công giao diện**
Ba biện pháp giảm rỗ ở bề mặt tiếp xúc mà không làm tăng độ dày thành. Đầu tiên, duy trì mức dung dịch không đổi bằng cách sử dụng bộ điều khiển mức để giữ cho bộ sưởi luôn được ngâm hoàn toàn; điều này giúp loại bỏ hoàn toàn chu trình khô-ướt. Thứ hai, áp dụng lớp phủ PTFE cho vùng giao diện (phần 50 mm ở đường chất lỏng); lớp phủ ngăn chặn sự tiếp xúc trực tiếp giữa muối đậm đặc và bề mặt titan, loại bỏ hiệu quả hiện tượng rỗ bề mặt. Thứ ba, đối với hệ thống cấp 2, nâng cấp lên titan cấp 7 (0,15% Pd) ở cùng độ dày thành; palladium cung cấp khả năng biến đổi catốt giúp chuyển khả năng rỗ thành các giá trị cao hơn, kéo dài tuổi thọ bề mặt lên 2–3×. Ống loại 7 có thành 0,8 mm có tuổi thọ tương đương với loại 2 có thành 1,2 mm.
**Phần kết luận**
Đối với các ống gia nhiệt titan loại 2 chứa 10% clorua sắt, dung dịch axit clohydric 5% ở 60 độ để thu hồi kim loại quý từ chất thải điện tử, cần có độ dày thành tối thiểu là 1,2 mm để đạt được 3000 giờ hoạt động không liên tục mà không bị thủng ở bề mặt hơi-lỏng. Giao diện có hệ số nồng độ clorua là 15–20× do chu trình khô{11}ướt, tạo ra tỷ lệ rỗ cao hơn 5–10 lần so với trong dung dịch khối. Một bức tường 0,8 mm không hoạt động trong vòng 1650–2000 giờ, trong khi 1,2 mm mang lại tuổi thọ trung bình là 3000 giờ. Các kỹ sư chỉ định lò sưởi titan để thu hồi chất thải điện tử nên chọn 1,2 mm làm mức tối thiểu cho dịch vụ gián đoạn tiêu chuẩn, triển khai kiểm soát mức độ hoặc lớp phủ PTFE để loại bỏ sự tấn công vào bề mặt hoặc xem xét titan loại 7 cho các bức tường mỏng hơn có tuổi thọ tương đương. Thông số kỹ thuật về độ dày thành này ngăn ngừa kiểu hư hỏng chủ yếu trong hoạt động thu hồi axit clo hóa.
