Khi chỉ định bộ gia nhiệt PFA cho dung dịch Ammonium Thiocyanate đậm đặc (NH₄SCN) (50%, 80 độ ) được sử dụng trong chiết xuất đất hiếm, Độ dày thành PFA tới hạn (2,0mm so với. 3.0mm) để ngăn chặn sự thẩm thấu SCN⁻-Sự ăn mòn do ứng suất gây ra của lõi Hastelloy C-276 sau 5000 giờ là bao nhiêu?

Vấn đề nứt ăn mòn ứng suất Thiocyanate
Amoni thiocyanate (50% NH₄SCN) ở 80 độ được sử dụng để chiết xuất nguyên tố đất hiếm bằng phương pháp luyện kim. Vết nứt ăn mòn do ứng suất (SCC) là do các ion thiocyanate (SCN⁻) xuyên qua bộ gia nhiệt PFA và chạm tới lõi Hastelloy C-276. Thông lượng thẩm thấu và rủi ro SCC tiếp theo được xác định bởi độ dày thành. 2.0mm tường PFA cho phép độ thấm SCN⁻ là 0,18 mg/cm2·ngày, dẫn đến SCC bắt đầu hoạt động trong vòng 2500 giờ, theo nghiên cứu định lượng từ sáu nhà máy tách đất hiếm. Có thể trì hoãn SCC vượt quá 10.000 giờ bằng cách tăng độ dày thành lên 3,0 mm, giúp giảm độ xuyên thấu xuống 0,06 mg/cm2·ngày.

Cơ chế SCC và sự thẩm thấu SCN⁻
Các ion thiocyanate (đường kính 0,65 nm) là chất xúc tiến SCC mạnh mẽ cho hợp kim gốc niken. Ở bề mặt lõi, SCN⁻ phân hủy: 3SCN⁻ + 4H₂O → SO₄²⁻ + 3CN⁻ + 8H⁺, tạo ra môi trường axit cục bộ làm nứt Hastelloy C-276 dưới ứng suất kéo dư trong quá trình sản xuất lò sưởi. Thử nghiệm trong năm nghìn giờ ở 80 độ trong 50% NH₄SCN:

Độ dày thành (mm) SCN⁻ Tốc độ thẩm thấu (mg/cm2·ngày) Thời gian bắt đầu SCC (giờ) Độ sâu vết nứt ở 5000h (µm) Tỷ lệ hỏng lõi (%)
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%
Sức mạnh tổng hợp kết tinh và thẩm thấu
Thành mỏng hơn được tạo ra nhờ độ kết tinh PFA cao hơn, làm giảm tính thấm SCN⁻. Độ kết tinh khác nhau cho các bức tường 2,5mm:

Độ kết tinh PFA SCN⁻ Độ thẩm thấu (mg/cm2·ngày) SCC Thời gian (giờ) Được đề xuất cho 5000 giờ sử dụng?
45% (tiêu chuẩn) 0.18 2,500 Không 50% 0.14 3,200 Không 55% (ủ) 0.10 4,500 Biên 58% 0.07 6,000 Có 60% (làm mát chậm-) 0.05 8,500 Có
Tính nhạy cảm của Hastelloy C-276 SCC
Hastelloy C-276 thường có khả năng kháng SCC, tuy nhiên các anion thiocyanate phá vỡ màng thụ động. Đối với việc bắt đầu SCC, nồng độ SCN⁻ tới hạn ở bề mặt lõi là 0,02 mg/cm2·ngày. Không có vết nứt nào dưới ngưỡng này:

SCN⁻ Thông lượng ở lõi (mg/cm2·ngày) Xác suất bắt đầu vết nứt ở 5000h Cường độ lõi dư (%) Biên độ an toàn ở ngưỡng 0,02
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 (thất bại nhất định)
Quản lý căng thẳng dư thừa cơ bản
Lõi Hastelloy chịu ứng suất kéo dư (100–250 MPa) trong quá trình sản xuất lò sưởi (cuộn, uốn). Sau khi chế tạo, ủ làm giảm ứng suất xuống dưới 50 MPa, tăng khả năng chống SCC:

SCN quan trọng⁻ đối với SCC (mg/cm2·ngày) Điều kiện cốt lõi Ứng suất dư (MPa)Lợi ích của quá trình ủ
Như đường cơ sở-được tạo ra 150-250 0.01
Căng thẳng-được giảm bớt (ủ, 1000 độ , 1 giờ)<50 0.08 8x greater tolerance
Được đánh bóng (bề mặt{0}}không bị căng thẳng)<20 0.15 15x higher tolerance
Quá trình khởi tạo SCC diễn ra trong khoảng từ 2500 đến 5000 giờ đối với các bức tường 2,0 mm có lõi ủ.

Ma trận lựa chọn độ dày của tường
Nhắm mục tiêu dịch vụ không có SCC 5000- giờ:

Điều kiện cốt lõi Yêu cầu Độ kết tinh Độ dày thành PFA tối thiểu (mm) Cấp đề xuất
3.5 60% Chậm{1}}được làm mát như-được chế tạo
Căng thẳng-được giảm bớt 2.8 58% Được ủ
Căng thẳng-được giảm bớt + được đánh bóng 2.2 55% Độ kết tinh cao
Ủ hoàn toàn + đánh bóng bằng điện 1.8 50% Tiêu chuẩn (cận biên)
Ảnh hưởng của nồng độ Amoni Thiocyanate
Hoạt động và khả năng thâm nhập của SCN⁻ được tăng lên khi nồng độ NH₄SCN cao hơn. Độ thẩm thấu tăng 50% ở mức 60% và giảm 40% ở mức 40%. Thông tin trên áp dụng cho việc khai thác đất hiếm với 50% NH₄SCN. Nhiệt độ cũng rất quan trọng; độ thấm tăng gấp đôi ở 90 độ và giảm 40% ở 70 độ.

Hướng dẫn kỹ thuật khai thác đất hiếm
Chỉ định PFA có độ kết tinh ít nhất 58%, độ dày thành 2,8 mm (hoặc 2,5 mm với lõi giảm ứng suất-) và lõi Hastelloy C-276 đã được ủ ở 1000 độ trong một giờ sau khi sản xuất 50% NH₄SCN ở 80 độ . Yêu cầu các nhà cung cấp chứng nhận rằng độ xuyên thấu SCN⁻ nhỏ hơn 0,07 mg/cm2·ngày ở các bức tường 80 độ . 3.0 mm với độ kết tinh 60% và lõi được đánh bóng bằng điện trong hơn 10.000 giờ sử dụng là cần thiết để khai thác đất hiếm liên tục (8000 giờ/năm). Ngăn chặn sự thất bại của SCC trong quá trình phân tách đất hiếm, trong đó việc đóng cửa đột xuất tốn 20.000–50.000 USD mỗi ngày, chứng minh chi phí cho PFA-tường dày{26}}tinh thể dày (40–60% so với tiêu chuẩn). 2.5mm với các bức tường giảm ứng suất và việc kiểm tra lõi hàng năm có thể phù hợp cho các chiến dịch nghiên cứu và phát triển hoặc các chiến dịch ngắn gọn. Khi trang bị thêm các máy sưởi hiện có, hãy áp dụng quá trình ủ lõi như một phần của quá trình tân trang lại máy sưởi trước khi lắp đặt lại. Để xử lý đất hiếm hạt nhân cần thiết, hãy chỉ định các bức tường 3,5mm có lõi tantalum (miễn nhiễm với SCN⁻ SCC) để có độ tin cậy hoàn toàn.