יישומים של מוטות זירקוניום בתעשייה הכימית

מדוע מוטות זירקוניום נבחרים עבור שירות כימי

ברוב המדיות המאכלות ביותר, זירקוניום מתנגד להתקפה טוב יותר מטיטניום. זו הסיבה שציוד זירקוניום עולה יותר אך עדיין מוצא את דרכו למפעלים כימיים: היכן שהטיטניום מגיע לגבולו, מוטות זירקוניום וחלקים מפוברקים ממשיכים לשרוד. זירקוניום הוא מתכת פסיבית ומתחבר בקלות עם חמצן ליצירת סרט משטח צפוף ונצמד, והסרט הזה הוא זה, ולא המתכת שמתחתיו, שמספק את העמידות בפני קורוזיה.

בקרת הפניום ובחירת חומרים

זירקוניום והפניום מתקיימים במקביל בעפרות זירקוניום, כאשר תכולת ההפניום היא בערך 2% עד 3% מתכולת הזירקוניום, ושני היסודות מתנהגים באופן דומה מאוד במונחים פיזיקליים וכימיים. ההפרדה שלהם לחלוטין היא קשה ויקרה: ייצור זירקוניום עם תכולת הפניום מתחת ל-0.01% עולה הרבה יותר, כי חובת ההפרדה היא חמורה. עבור זירקוניום כימי-, הוצאה זו אינה מוצדקת. בפועל, חומר כימי- מתקבל עם תכולת הפניום של עד כ-4.5% ללא פגיעה בביצועי קורוזיה, בעוד שעבודות גרעיניות, שבהן יש להסיר את הפניום בגלל התנהגות-הניוטרונים שלו, משתמשות בדרגות-הפניום הנמוכות.

עמידות בפני קורוזיה: איפה זירקוניום עובד

בגלל הסרט הפסיבי שלו, זירקוניום עמיד בפני רוב החומצות האורגניות, חומצות אנאורגניות, אלקליות חזקות, מלחים מותכים, מים בטמפרטורה- גבוהה ומתכות נוזליות. הגבולות המעשיים נקבעים לפי הטמפרטורה ולפי הנטייה של מדיה מסוימת לפרק את הסרט או להחדיר מימן.

לכן התכנון צריך להתחיל בסקירה בינונית-עד-מדיום בטמפרטורת הפעולה והריכוז בפועל, ולא בטענה כללית של עמידות בפני קורוזיה.

חמצון, חנקן ומימן בטמפרטורה מוגברת

באוויר, זירקוניום מתחיל להתקלף קשות בכ-425 מעלות ויוצר תחמוצת זירקוניום לבנה בערך ב-540 מעלות.

מעל 700 מעלות בערך הוא סופג חמצן והופך שביר; חישול ואקום לא יכול להסיר את החמצן הזה.

הוא מגיב עם חנקן מעל כ-400 מעלות, והתגובה נעשית נמרצת קרוב ל-800 מעלות; חנקן שנלקח בדרך זו גם לא ניתן להסרה על ידי חישול ואקום.

ספיגת מימן מתחילה מעל כ-300 מעלות וגורמת להתפרקות מימן, אך ניתן להסיר מימן על ידי חישול ואקום בכ-1000 מעלות.

נתונים אלה מסבירים מדוע ציוד זירקוניום מוגן במהלך ריתוך וטיפול בחום ומדוע איסוף מימן, ולא אובדן קיר אחיד, קובע לעתים קרובות את חיי השירות של רכיב.

יישומים אופייניים בתעשייה הכימית

מחליפי חום של מעטפת-ו-צינורות וכידון המטפלים בזרמי תהליך נושאי חומצה הידרוכלורית חמה וכלוריד-.

כורים, אוטוקלבים ומכלי לחץ לכימיה אורגנית ואנאורגנית אגרסיבית.

עמודי זיקוק, חלקים פנימיים, מגשים ותומכי אריזה.

צנרת, אביזרים, שסתומים, פירי משאבה ותועשים שבהם טיטניום מתכלה מהר מדי.

שירות אוריאה, חומצה אצטית ומי חמצן, וציוד החשוף למימן כלורי והיפוכלוריט-ללי כלוריד חופשיים.

נקודות ייצור ואיכות למוט זירקוניום

קנה מוט בעל אישור כימי וניתן לעקוב אחר החום שלו, עם תכולת הפניום, כך שהדרגה תהיה ידועה לפני תחילת הייצור.

לייצר באזור נקי וייעודי; זיהום ברזל ונחושת על פני השטח עלול לסכן את הסרט הפסיבי.

לרתך תחת גז אינרטי עם מיגון נאות וכבישה לאחר מכן, שכן זיהום במהלך הריתוך הוא גורם שכיח לכשל בטרם עת.

הימנע מתנאי שירות המשלבים ייצור מימן עם טמפרטורה גבוהה, או ציין חישול ואקום בכ-1000 מעלות כדי להסיר מימן שנספג.

שמור על חשיפת חמצן וחנקן במהלך היווצרות חמה בתוך הגבולות לעיל; אם יש לעבוד על המתכת בחום, השתמש באווירה מגינה.

שאלות נפוצות

ש: מדוע זירקוניום יקר יותר מטיטניום אך עדיין בשימוש במפעלים כימיים?
מכיוון שברוב המדיה המאכלת ביותר הוא מתנגד להתקפה טוב יותר מטיטניום. היכן שהטיטניום יתכלה מהר מדי, זירקוניום נותן לציוד חיי שירות שמצדיקים את מחיר הרכישה הגבוה יותר.

ש: כמה הפניום מקובל בזירקוניום כימי-?
חומר כימי-מקובל בדרך כלל עם תכולת חפניום של עד כ-4.5%. הפחתת הפניום מתחת ל-0.01% היא שלב הפרדה יקר ושמור למטרות גרעיניות.

ש: באילו חומצות יש להימנע מזירקוניום?
חומצה הידרופלואורית, חומצה גופרתית מרוכזת, חומצה זרחתית מרוכזת, אקווה רג'יה, חומצה הידברומית, חומצה פלואורוסיליצית, חומצה פלואורבורית ומי ברום כולם הורסים את הסרט הפסיבי ויש להימנע מהם.

ש: באיזו טמפרטורה זירקוניום קולט מימן?
ספיגת המימן מתחילה מעל כ-300 מעלות ומובילה להתפרקות. מימן נספג ניתן להסיר על ידי חישול ואקום בערך 1000 מעלות.

ש: מה קורה לזירקוניום באוויר בטמפרטורה גבוהה?
הוא מתקלף קשות ב-425 מעלות בערך, יוצר תחמוצת לבנה ב-540 מעלות בערך, ומעל בערך 700 מעלות סופג חמצן והופך שביר; לא ניתן להסיר את החמצן שנספג על ידי חישול ואקום.

ש: האם ניתן לרתך זירקוניום כרגיל?
כן, בתנאי שהמפרק ממוגן בגז אינרטי והמשטח נקי וללא זיהום ברזל ונחושת, ולאחר מכן כבישה, כי זיהום במהלך הריתוך גורם לכשלים מוקדמים.