**Dalam tiub pemanasan titanium gred 12 yang terendam dalam larutan larut lesap asid sulfurik 10% panas + 15% pada 80 darjah untuk larut lesap timbunan kuprum, apakah kepekatan ion ferik minimum yang menghalang hakisan-penipisan kakisan pada zon masuk bergelora selama 8000 jam?**
Tiub pemanasan titanium gred 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) semakin dinyatakan untuk litar larut lesap timbunan kuprum di mana larutan mengandungi 10% ferik sulfat (Fe₂(SO₄)₃) dan 15% asid sulfurik (H₂SO₄ darjah) pada ₂SO₄ darjah. Ion ferik yang sangat teroksida (Fe³⁺) mengekalkan titanium dalam keadaan pasif di bawah keadaan yang ideal. Walau bagaimanapun, mekanisme kegagalan tertentu berlaku pada zon masuk bergelora - lokasi di mana larutan memasuki gegelung pemanas atau di mana halaju aliran paling tinggi disebabkan oleh pelepasan pam. Di zon ini, gabungan halaju bendalir tinggi (2–4 m/s), pergolakan-tegasan ricih dinding yang disebabkan dan persekitaran sulfat yang agresif secara kimia menghasilkan hakisan-hakisan. Penyingkiran mekanikal filem pasif oleh ricih bendalir mendedahkan logam segar, yang kemudiannya larut secara kimia sebelum pemaspasian semula boleh berlaku. Kadar penipisan di zon masuk bergelora adalah 10–20 kali lebih tinggi daripada di kawasan aliran yang dibangunkan sepenuhnya. Kepekatan ion ferik adalah kritikal kerana Fe³⁺ menyediakan penyahkutuban katodik yang mengekalkan filem pasif. Kepekatan ion ferik minimum yang menghalang penipisan hakisan-hakisan pada zon masuk bergelora selama 8000 jam bergantung pada halaju bendalir dan keamatan turbulensi tempatan.
**Mekanisme Hakisan-Kakisan dalam Ferrik Sulfat-Penyelesaian Asid Sulfurik**
Dalam larutan larut lesap asid ferik sulfat-, filem pasif pada titanium distabilkan dengan pengurangan katodik Fe³⁺ kepada Fe²⁺, yang mengekalkan potensi anodik yang tinggi. Pada zon masuk bergelora, tegasan ricih dinding tinggi secara mekanikal mengganggu filem pasif. Logam kosong kemudiannya larut secara anodik dalam persekitaran sulfat berasid. Apabila kepekatan Fe³⁺ cukup tinggi, pasif semula pantas berlaku sebelum kehilangan logam yang ketara berlaku. Apabila kepekatan Fe³⁺ menurun di bawah ambang kritikal, kadar pemapasian semula tidak dapat seiring dengan kadar penyingkiran filem dan hakisan-berlaku. Kepekatan ion ferik kritikal bergantung pada tegasan ricih dinding (yang meningkat dengan halaju bendalir) dan suhu. Untuk titanium gred 12, penambahan molibdenum memberikan ketahanan yang dipertingkatkan terhadap hakisan-kakisan dengan meningkatkan kadar pengapasian semula berbanding gred 2.
**Ambang Ion Ferrik Kuantitatif untuk Hakisan-Pencegahan Kakisan**
Ujian terkawal menggunakan tiub titanium gred 12 (12 mm OD, dinding 1.2 mm) dengan geometri salur masuk gelora (halaju aliran 3 m/s, tegasan ricih dinding tempatan 80–120 Pa) direndam dalam 15% H₂SO₄ dengan kepekatan ion ferik yang berbeza-beza pada 80 darjah kelakuan hakisan{8} laporkan lebihan hakisan berikut 8000 jam:
| Kepekatan Ion Ferrik (g/L Fe³⁺)|Tegasan Ricih Dinding (Pa)|Kadar Penipisan di Zon Masuk (mm/tahun)|Kehilangan Dinding selepas 8000 Jam (mm)|Baki Dinding selepas 8000 Jam (mm)|Selamat untuk 8000j? |
|-------------------------------------|------------------------|---------------------------------------|---------------------------------|--------------------------------------|-----------------|
| <2 | 80 – 120 | 0.80 – 1.20 | 0.64 – 0.96 | 0.24 – 0.56 | No |
| 2 – 4|80 – 120|0.45 – 0.70|0.36 – 0.56|0.64 – 0.84|Tidak |
| 4 – 6|80 – 120|0.25 – 0.40|0.20 – 0.32|0.88 – 1.00|Marginal |
| 6 – 8|80 – 120|0.12 – 0.20|0.10 – 0.16|1.04 – 1.10|Ya (ambang) |
| 8 – 10|80 – 120|0.06 – 0.10|0.05 – 0.08|1.12 – 1.15|Ya (selamat) |
| 10 – 15|80 – 120|0.03 – 0.05|0.02 – 0.04|1.16 – 1.18|Ya (optimum) |
Data menunjukkan bahawa untuk perkhidmatan 8000 jam yang boleh dipercayai tanpa penipisan yang berlebihan pada zon masuk bergelora, kepekatan ion ferik mesti dikekalkan melebihi 6 g/L Fe³⁺. Di bawah 4 g/L, kehilangan dinding melebihi 0.36 mm, yang mungkin menjejaskan integriti tiub.
**Mengapa Zon Masuk Bergelora Adalah Kritikal**
Zon masuk bergelora lebih mudah terdedah kepada hakisan-kakisan berbanding permukaan tiub yang terdedah secara bebas atas dua sebab. Pertama, geometri salur masuk mencipta gangguan aliran dan pergolakan setempat, dengan tegasan ricih dinding 3-5 kali lebih tinggi daripada aliran yang dibangunkan sepenuhnya. Kedua, tegasan ricih yang tinggi menghalang pembentukan lapisan sempadan yang tebal, bermakna kepekatan Fe³⁺ pada permukaan logam lebih hampir kepada kepekatan pukal. Apabila kepekatan Fe³⁺ pukal turun di bawah 6 g/L, kepekatan permukaan di zon masuk mungkin jatuh di bawah ambang kritikal untuk pasif semula. Gabungan tegasan ricih yang tinggi dan ketersediaan Fe³⁺ yang dikurangkan menjadikan zon masuk sebagai faktor pengehad untuk hayat pemanas.
**Senario-Panduan Pemilihan Berasaskan: Kawalan Ion Ferrik untuk Pemanas Lesap Timbunan Tembaga**
| Keadaan Operasi|Halaju Aliran di Alur Masuk (m/s)|Fe³⁺ Kepekatan|Disyorkan Minimum Fe³⁺ (g/L)|Jangka Hayat Zon Masuk (jam)|Justifikasi Kejuruteraan |
|--------------------|------------------------------|-------------------|-------------------------------|----------------------------------|----------------------------|
| Standard leaching, 8000-hour campaign | 2 – 3 | Variable | 8 | >8000|Menyediakan margin keselamatan melebihi ambang |
| Extended campaign (>10,000 hours) | 2 – 3 | Variable | 10 | >10,000|Reka bentuk konservatif untuk kebolehpercayaan maksimum |
| Halaju tinggi (4 m/s, lebih agresif)|4|Pembolehubah|10|6,000 – 8,000|Halaju yang lebih tinggi memerlukan lebih Fe³⁺ |
| Halaju lebih rendah (1.5 m/s, kurang agresif)|1.5|Pembolehubah|5|8,000 – 10,000|Halaju yang lebih rendah mengurangkan tegasan ricih |
| Operasi jangka pendek-(<2000 hours) | Any | Any | Any | <2000 | Acceptable for temporary service |
| Gred 2 titanium (kurang rintangan hakisan)|2 – 3|Pembolehubah|10|4,000 – 6,000|Gred 2 memerlukan Fe³⁺|yang lebih tinggi
**Pemantauan dan Kawalan Ion Ferrik Praktikal**
Three practical measures maintain ferric ion concentration above the critical threshold. First, monitor ferric ion concentration daily by titration with potassium permanganate; the target is >8 g/L dengan penambahan apabila kepekatan menurun di bawah 7 g/L. Kedua, tambahkan ferik sulfat (Fe₂(SO₄)₃) apabila kepekatan menghampiri 6 g/L; kadar penggunaan adalah lebih kurang 0.2–0.5 g/L setiap 1000 jam bergantung pada kadar larut lesap. Ketiga, pastikan pengudaraan atau sparging oksigen yang mencukupi untuk mengoksidakan Fe²⁺ kembali kepada Fe³⁺; ini mengurangkan kadar penggunaan ion ferik sebanyak 30-50%.
**Kesimpulan**
Untuk tiub pemanasan titanium gred 12 dalam 10% ferik sulfat, 15% larutan larut lesap asid sulfurik pada 80 darjah untuk larut lesap timbunan kuprum, kepekatan ion ferik minimum untuk 8000 jam perkhidmatan tanpa hakisan-penipisan kakisan pada zon masuk bergelora ialah 6 g/L Fe³⁺L. Di bawah 4 g/L, kehilangan dinding melebihi 0.36 mm pada zon masuk. Zon masuk bergelora ialah lokasi kritikal kerana tegasan ricih dinding tinggi menghalang pasif semula apabila kepekatan Fe³⁺ tidak mencukupi. Jurutera yang menyatakan pemanas titanium gred 12 untuk larut lesap timbunan tembaga harus mengekalkan kepekatan ion ferik melebihi 8 g/L dengan pemantauan harian, menggunakan pengudaraan untuk mengurangkan penggunaan dan mempertimbangkan halaju aliran yang lebih rendah untuk kempen lanjutan. Spesifikasi kepekatan ion ferik ini menghalang mod kegagalan dominan dalam aplikasi pemanasan larut lesap timbunan kuprum.
