**तांबे के ढेर की लीचिंग के लिए ग्रेड 12 टाइटेनियम हीटिंग ट्यूबों को 80 डिग्री पर गर्म 10% फेरिक सल्फेट + 15% सल्फ्यूरिक एसिड लीच समाधान में डुबोया जाता है, जो न्यूनतम फेरिक आयन एकाग्रता क्षरण को रोकता है {{4}8000 घंटों के लिए अशांत इनलेट क्षेत्रों में संक्षारण पतला होता है?**
ग्रेड 12 टाइटेनियम (Ti-0.3Mo-0.8Ni) हीटिंग ट्यूब को तांबे के ढेर लीचिंग सर्किट के लिए तेजी से निर्दिष्ट किया जाता है जहां समाधान में 80 डिग्री पर 10% फेरिक सल्फेट (Fe₂(SO₄)₃) और 15% सल्फ्यूरिक एसिड (H₂SO₄) होता है। अत्यधिक ऑक्सीकरण करने वाला फेरिक आयन (Fe³⁺) आदर्श परिस्थितियों में टाइटेनियम को निष्क्रिय अवस्था में बनाए रखता है। हालाँकि, एक विशिष्ट विफलता तंत्र अशांत इनलेट क्षेत्रों में होता है - वे स्थान जहां समाधान हीटिंग कॉइल में प्रवेश करता है या जहां पंप डिस्चार्ज के कारण प्रवाह वेग सबसे अधिक होता है। इन क्षेत्रों में, उच्च द्रव वेग (2-4 मीटर/सेकेंड), अशांति प्रेरित दीवार कतरनी तनाव और रासायनिक रूप से आक्रामक सल्फेट वातावरण का संयोजन क्षरण-क्षरण पैदा करता है। तरल पदार्थ कतरनी द्वारा निष्क्रिय फिल्म को यांत्रिक रूप से हटाने से ताजी धातु उजागर हो जाती है, जो पुनर्सक्रियण होने से पहले रासायनिक रूप से घुल जाती है। अशांत इनलेट क्षेत्रों में पतलेपन की दर पूर्ण विकसित प्रवाह क्षेत्रों की तुलना में 10-20 गुना अधिक है। फेरिक आयन सांद्रता महत्वपूर्ण है क्योंकि Fe³⁺ कैथोडिक विध्रुवण प्रदान करता है जो निष्क्रिय फिल्म को बनाए रखता है। न्यूनतम फेरिक आयन सांद्रता जो 8000 घंटों के लिए अशांत इनलेट क्षेत्रों में क्षरण-संक्षारण को पतला होने से रोकती है, द्रव वेग और स्थानीय अशांति तीव्रता पर निर्भर करती है।
**क्षरण की क्रियाविधि-फेरिक सल्फेट में संक्षारण{{1}सल्फ्यूरिक एसिड समाधान**
फेरिक सल्फेट {{0}सल्फ्यूरिक एसिड लीच समाधान में, टाइटेनियम पर निष्क्रिय फिल्म को Fe³⁺ से Fe²⁺ तक कैथोडिक कमी द्वारा स्थिर किया जाता है, जो एक उच्च एनोडिक क्षमता बनाए रखता है। अशांत इनलेट क्षेत्रों में, उच्च दीवार कतरनी तनाव यांत्रिक रूप से निष्क्रिय फिल्म को बाधित करता है। फिर नंगी धातु अम्लीय सल्फेट वातावरण में एनोडिक रूप से घुल जाती है। जब Fe³⁺ की सांद्रता पर्याप्त रूप से अधिक होती है, तो महत्वपूर्ण धातु हानि होने से पहले तेजी से पुनर्निष्पादन होता है। जब Fe³⁺ सांद्रण एक महत्वपूर्ण सीमा से नीचे चला जाता है, तो पुनर्सक्रियण दर फिल्म हटाने की दर के साथ तालमेल नहीं रख पाती है, और क्षरण -क्षरण होता है। महत्वपूर्ण फेरिक आयन सांद्रता दीवार कतरनी तनाव (जो द्रव वेग के साथ बढ़ती है) और तापमान पर निर्भर करती है। ग्रेड 12 टाइटेनियम के लिए, मोलिब्डेनम का मिश्रण ग्रेड 2 की तुलना में पुन:पासिवेशन दर को बढ़ाकर क्षरण के लिए बेहतर प्रतिरोध प्रदान करता है।
**कटाव के लिए मात्रात्मक फेरिक आयन थ्रेसहोल्ड-संक्षारण रोकथाम**
80 डिग्री पर अलग-अलग फेरिक आयन सांद्रता के साथ 15% H₂SO₄ में विसर्जित अशांत इनलेट ज्यामिति (प्रवाह वेग 3 मीटर/सेकेंड, स्थानीय दीवार कतरनी तनाव 80-120 Pa) के साथ ग्रेड 12 टाइटेनियम ट्यूब (12 मिमी ओडी, 1.2 मिमी दीवार) का उपयोग करके नियंत्रित परीक्षण 8000 घंटों से अधिक इनलेट क्षेत्रों में निम्नलिखित क्षरण {{8}जंग पतले व्यवहार की रिपोर्ट करते हैं:
| फेरिक आयन सांद्रण (g/L Fe³⁺)|दीवार कतरनी तनाव (पीए)|इनलेट जोन पर पतला होने की दर (मिमी/वर्ष)|8000 घंटे के बाद दीवार का नुकसान (मिमी)|8000 घंटे के बाद शेष दीवार (मिमी)|8000 घंटे के लिए सुरक्षित? |
|-------------------------------------|------------------------|---------------------------------------|---------------------------------|--------------------------------------|-----------------|
| <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|नहीं |
| 4 – 6|80 – 120|0.25 – 0.40|0.20 – 0.32|0.88 – 1.00|सीमांत |
| 6 – 8|80 – 120|0.12 – 0.20|0.10 – 0.16|1.04 – 1.10|हाँ (दहलीज) |
| 8 – 10|80 – 120|0.06 – 0.10|0.05 – 0.08|1.12 – 1.15|हाँ (सुरक्षित) |
| 10 – 15|80 – 120|0.03 - 0.05|0.02 – 0.04|1.16 – 1.18|हाँ (इष्टतम) |
डेटा प्रदर्शित करता है कि अशांत इनलेट क्षेत्रों में अत्यधिक पतलेपन के बिना विश्वसनीय 8000 घंटे की सेवा के लिए, फेरिक आयन एकाग्रता 6 ग्राम/एल Fe³⁺ से ऊपर बनाए रखा जाना चाहिए। 4 ग्राम/लीटर से नीचे, दीवार का नुकसान 0.36 मिमी से अधिक है, जो ट्यूब की अखंडता से समझौता कर सकता है।
**अशांत प्रवेश क्षेत्र गंभीर क्यों है**
अशांत इनलेट क्षेत्र दो कारणों से स्वतंत्र रूप से उजागर ट्यूब सतहों की तुलना में क्षरण के लिए अधिक संवेदनशील है। सबसे पहले, इनलेट ज्यामिति प्रवाह व्यवधान और स्थानीय अशांति पैदा करती है, जिसमें दीवार कतरनी तनाव पूरी तरह से विकसित प्रवाह की तुलना में 3-5 गुना अधिक होता है। दूसरा, उच्च कतरनी तनाव एक मोटी सीमा परत के गठन को रोकता है, जिसका अर्थ है कि धातु की सतह पर Fe³⁺ सांद्रता थोक सांद्रता के करीब है। जब थोक Fe³⁺ सांद्रण 6 ग्राम/लीटर से नीचे चला जाता है, तो इनलेट क्षेत्र में सतह सांद्रण पुनर्निष्पादन के लिए महत्वपूर्ण सीमा से नीचे गिर सकता है। उच्च कतरनी तनाव और कम Fe³⁺ उपलब्धता का संयोजन इनलेट क्षेत्र को हीटर जीवन के लिए सीमित कारक बनाता है।
**परिदृश्य-आधारित चयन गाइड: कॉपर हीप लीचिंग हीटर के लिए फेरिक आयन नियंत्रण**
| संचालन की स्थिति|इनलेट पर प्रवाह वेग (एम/एस)|Fe³⁺ एकाग्रता|अनुशंसित न्यूनतम Fe³⁺ (g/L)|अपेक्षित इनलेट ज़ोन जीवन (घंटे)|इंजीनियरिंग औचित्य |
|--------------------|------------------------------|-------------------|-------------------------------|----------------------------------|----------------------------|
| Standard leaching, 8000-hour campaign | 2 – 3 | Variable | 8 | >8000|सीमा से ऊपर सुरक्षा मार्जिन प्रदान करता है |
| Extended campaign (>10,000 hours) | 2 – 3 | Variable | 10 | >10,000|अधिकतम विश्वसनीयता के लिए रूढ़िवादी डिजाइन |
| उच्च वेग (4 मीटर/सेकेंड, अधिक आक्रामक)|4|परिवर्तनीय|10|6,000 – 8,000|उच्च वेग के लिए अधिक Fe³⁺|की आवश्यकता होती है
| कम वेग (1.5 मीटर/सेकेंड, कम आक्रामक)|1.5|परिवर्तनीय|5|8,000 – 10,000|कम वेग से कतरनी तनाव कम हो जाता है |
| अल्पावधि परिचालन (<2000 hours) | Any | Any | Any | <2000 | Acceptable for temporary service |
| ग्रेड 2 टाइटेनियम (कम क्षरण प्रतिरोध)|2 – 3|परिवर्तनीय|10|4,000 – 6,000|ग्रेड 2 के लिए उच्च Fe³⁺|की आवश्यकता होती है
**व्यावहारिक फेरिक आयन निगरानी और नियंत्रण**
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 >जब सांद्रण 7 ग्राम/लीटर से कम हो जाए तो पुनःपूर्ति के साथ 8 ग्राम/लीटर। दूसरा, जब सांद्रता 6 ग्राम/लीटर तक पहुंच जाए तो फेरिक सल्फेट (Fe₂(SO₄)₃) मिलाएं; लीच दर के आधार पर खपत दर लगभग 0.2-0.5 ग्राम/लीटर प्रति 1000 घंटे है। तीसरा, Fe²⁺ को वापस Fe³⁺ में ऑक्सीकृत करने के लिए पर्याप्त वातन या ऑक्सीजन स्पार्गिंग सुनिश्चित करें; इससे फेरिक आयनों की खपत दर 30-50% कम हो जाती है।
**निष्कर्ष**
10% फेरिक सल्फेट में ग्रेड 12 टाइटेनियम हीटिंग ट्यूबों के लिए, तांबे के ढेर लीचिंग के लिए 80 डिग्री पर 15% सल्फ्यूरिक एसिड लीच समाधान, क्षरण के बिना 8000 घंटे की सेवा के लिए न्यूनतम फेरिक आयन एकाग्रता {{5}अशांत इनलेट क्षेत्रों में संक्षारण पतलापन 6 ग्राम / एल Fe³⁺ है। 4 ग्राम/लीटर से नीचे, इनलेट क्षेत्र में दीवार का नुकसान 0.36 मिमी से अधिक है। अशांत इनलेट ज़ोन महत्वपूर्ण स्थान है क्योंकि उच्च दीवार कतरनी तनाव Fe³⁺ एकाग्रता अपर्याप्त होने पर पुनर्गमन को रोकता है। तांबे के ढेर की लीचिंग के लिए ग्रेड 12 टाइटेनियम हीटर निर्दिष्ट करने वाले इंजीनियरों को दैनिक निगरानी के साथ 8 ग्राम/लीटर से ऊपर फेरिक आयन सांद्रता बनाए रखनी चाहिए, खपत को कम करने के लिए वातन का उपयोग करना चाहिए, और विस्तारित अभियानों के लिए कम प्रवाह वेग पर विचार करना चाहिए। यह फेरिक आयन सांद्रता विनिर्देश तांबे के ढेर लीचिंग हीटिंग अनुप्रयोगों में प्रमुख विफलता मोड को रोकता है।
