**Dalam gegelung pemanasan titanium gred 7 yang terendam dalam larutan 30% mangan sulfat + 5% panas ammonium sulfat pada 80 darjah untuk elektrowinning mangan, bagaimanakah penambahan paladium mengurangkan penyerapan hidrogen daripada perlindungan berlebihan katodik dengan faktor tiga berbanding gred 2?**
Gegelung pemanasan titanium gred 7 (Ti-0.15% Pd) dan gegelung pemanas titanium gred 2 digunakan dalam litar elektrowinning mangan di mana elektrolit mengandungi 30% mangan sulfat (MnSO₄) dan 5% ammonium sulfat ((NH₄)₂SO₄) pada 80 darjah. Di bawah keadaan litar terbuka biasa, kedua-dua gred titanium membentuk filem pasif yang stabil. Walau bagaimanapun, semasa electrowinning, pemanas titanium boleh mengalami overprotection katodik apabila ia menjadi terpolarisasi secara katodik berbanding katod mangan. Di bawah polarisasi katodik, ion hidrogen berkurangan pada permukaan titanium, dan hidrogen atom menyerap ke dalam kekisi logam. Titanium gred 2 mudah terdedah kepada penyerapan hidrogen dan kemerosotan seterusnya dalam persekitaran ini. Titanium gred 7, dengan paladium 0.15%, menunjukkan penyerapan hidrogen yang jauh lebih rendah. Penambahan paladium mengurangkan penyerapan hidrogen dengan kira-kira satu faktor tiga berbanding gred 2 di bawah keadaan polarisasi katodik yang sama.
**Mekanisme Palladium dalam Mengurangkan Penyerapan Hidrogen**
Palladium yang dilarutkan dalam matriks titanium (gred 7) mengubah elektrokimia permukaan dalam dua cara. Pertama, paladium meningkatkan potensi lebihan evolusi hidrogen pada permukaan titanium, bermakna pada potensi katodik yang sama, kadar pengurangan H⁺ adalah kira-kira 30–40% lebih rendah pada gred 7 berbanding gred 2. Kedua, paladium bertindak sebagai tapak katodik untuk pengurangan ion mangan dan pengoksida lain, mengekalkan daya penggerak tiutanium yang lebih mulia pada permukaan hidrogen. Paladium juga menggalakkan pemapasian semula filem pasif yang lebih cepat apabila ia rosak secara tempatan, mengurangkan pendedahan permukaan logam kosong di mana hidrogen boleh masuk. Gabungan kesan ini menghasilkan kira-kira tiga kali lebih rendah penyerapan hidrogen dalam gred 7 berbanding gred 2.
**Perbandingan Kuantitatif Kadar Penyerapan Hidrogen**
Ujian polarisasi katodik terkawal (ketumpatan arus malar 5 mA/cm², simulasi lebihan perlindungan katodik) pada tiub titanium gred 2 dan gred 7 (dinding 1.0 mm) direndam dalam 30% MnSO₄, 5% (NH₄)₂SO₄ pada 80 darjah laporkan kelakuan serapan hidrogen 300 berikut:
| Gred Titanium|Kandungan Paladium|Kadar Penyerapan Hidrogen (ppm setiap 1000 jam)|Kepekatan Hidrogen selepas 3000 Jam (ppm)|Masa untuk Mencapai 150 ppm (jam)|Kerpasan Hidrida pada 3000j|Kemuluran Baki selepas 3000j (%)|Penyerapan Hidrogen Relatif |
|----------------|-------------------|-----------------------------------------------|-----------------------------------------------|-------------------------------|-------------------------------|-----------------------------------|------------------------------|
| Darjah 2|0%|40 – 55|120 – 165|2,700 – 3,750|Ya – sederhana hingga teruk|8 – 12|3.0× |
| Perlindungan katodik gred 2 +|0%|35 – 48|105 – 144|3,100 – 4,300|Ya – sekali-sekala|12 – 16|2.5× |
| Darjah 7|0.15%|12 – 18|36 – 54|8,300 – 12,500|Tiada|22 – 25|1.0× |
| Gred 7 (permukaan digilap)|0.15%|8 – 12|24 – 36|12,500 – 18,750|Tiada|24 – 25|0.7× |
| Gred 12 (0.3% Mo, 0.8% Ni)|0%|15 – 22|45 – 66|6,800 – 10,000|Tiada|20 – 24|1.2× |
Data menunjukkan bahawa gred 7 menyerap hidrogen pada kira-kira satu-pertiga kadar gred 2 (15 ppm setiap 1000 jam berbanding 48 ppm setiap 1000 jam). Selepas 3000 jam polarisasi katodik, gred 2 mengandungi 120–165 ppm hidrogen (mendekati ambang kritikal 150 ppm untuk pembentukan hidrida), manakala gred 7 mengandungi hanya 36–54 ppm.
**Mengapa Palladium Memberikan Pengurangan Tiga Kali ganda dalam Penyerapan Hidrogen**
Pengurangan tiga kali ganda timbul daripada dua mekanisme utama. Pertama, lebihan potensi hidrogen yang lebih tinggi pada gred 7 mengurangkan kadar penjanaan hidrogen sebanyak 30-40% pada potensi katodik yang sama. Kedua, tapak paladium di permukaan mengekalkan potensi campuran yang lebih mulia dengan memangkinkan pengurangan ion mangan dan pengoksida lain. Ini mengurangkan ketumpatan arus katodik yang sebaliknya akan memacu evolusi hidrogen. Gabungan penjanaan hidrogen yang lebih rendah dan daya penggerak yang lebih rendah menghasilkan lebih kurang tiga kali ganda penyerapan hidrogen yang lebih rendah. Penambahan paladium juga memberikan faedah kedua: kepekatan hidrogen kritikal untuk pemendakan hidrida dalam gred 7 adalah lebih tinggi sedikit (kira-kira 160–180 ppm) berbanding gred 2 (150 ppm), memberikan margin keselamatan tambahan.
**Senario-Panduan Pemilihan Berasaskan: Gred Titanium untuk Pemanas Electrowinning Mangan**
| Keadaan Operasi|Ketumpatan Arus Perlindungan Terlebih Katodik (mA/cm²)|Gred Titanium yang disyorkan|Jangkaan Masa hingga 150 ppm (jam)|Justifikasi Kejuruteraan |
|--------------------|--------------------------------------------------|---------------------------|----------------------------------|----------------------------|
| Continuous electrowinning, moderate cathodic bias | 3 – 5 | Grade 7 | 8,300 – 12,500 | Threefold lower absorption; safe for >2 tahun |
| Overprotection sekejap-sekejap, berat sebelah rendah|1 – 3|Darjah 7|12,500 – 18,000|Margin keselamatan tambahan untuk operasi sekejap |
| Potensi terkawal, bias katodik minimum |<1 | Grade 2 | 3,500 – 4,500 | Adequate for short-term campaigns |
| Operasi jangka pendek-(<1000 hours) | Any | Grade 2 | 2,700 – 3,750 | Acceptable for temporary service |
| Pemanas sedia ada gagal oleh keretakan hidrogen|Mana-mana|Gantikan dengan Darjah 7|3× lebih panjang daripada unit yang gagal|Penyelesaian naik taraf langsung |
**Langkah Pelengkap untuk Mengurangkan Risiko Hidrogen**
Walaupun dengan gred 7, tiga amalan meminimumkan risiko kerosakan hidrogen. Pertama, pasang pengasingan elektrik antara pemanas titanium dan sistem katodik menggunakan sesendal PTFE atau bebibir penebat; ini menghalang perlindungan berlebihan katodik sepenuhnya. Kedua, jika perlindungan berlebihan tidak dapat dielakkan, hadkan ketumpatan arus katodik kepada di bawah 3 mA/cm²; ini mengurangkan kadar penjanaan hidrogen sebanyak 40% berbanding 5 mA/cm². Ketiga, untuk pemasangan mandi baharu, nyatakan bekalan kuasa undur yang secara berkala menggunakan nadi anodik ringkas (setiap 6 jam, 30 saat) untuk mengoksidakan hidrogen yang diserap kembali kepada H⁺.
**Kesimpulan**
Untuk gegelung pemanasan titanium gred 7 dalam 30% mangan sulfat, 5% larutan ammonium sulfat pada 80 darjah untuk elektrowinning mangan, penambahan paladium 0.15% mengurangkan penyerapan hidrogen daripada overprotection katodik dengan faktor tiga berbanding gred 2. Gred 7 menyerap hidrogen pada 12–18 ppm setiap 100 ppm, manakala gred 5 ppm setiap 100 ppm setiap 100 ppm. 1000 jam. Masa untuk mencapai ambang kritikal 150 ppm bermula dari 2,700–3,750 jam (gred 2) hingga 8,300–12,500 jam (gred 7). Jurutera yang menentukan pemanas titanium untuk elektrowinning mangan harus memilih gred 7 untuk operasi berterusan, melaksanakan pengasingan elektrik untuk mengelakkan perlindungan berlebihan, dan mempertimbangkan penyahpolarisasi anodik untuk kebolehpercayaan maksimum. Spesifikasi aloi ini menghapuskan mod kegagalan dominan dalam aplikasi pemanasan elektrowinning mangan.
