Ako sa PTFE výmenníky nasadzujú v chladiacich systémoch článkov na získavanie zinku?

Elektrolýza zinku, podobne ako meď, využíva elektrolyt kyseliny sírovej a vytvára značné ohmické teplo. Ale zinok je náchylnejší na teplotu a prítomnosť fluoridových nečistôt zo zinkových koncentrátov predstavuje ďalší problém s koróziou pre chladiace zariadenia.

Elektrovýhra zinku
Pri elektrolytickom získavaní zinku sa zinok nanáša z roztoku kyseliny sírovej, často v rozsahu 150 až 200 g/l H2SO4. Teplota elektrolytu sa musí udržiavať v obmedzenom rozsahu 35-40 °C, aby sa zabránilo nežiaducemu uvoľňovaniu plynného vodíka a aby sa dosiahla dobrá rýchlosť vylučovania. Akákoľvek odchýlka od tohto teplotného rozsahu môže mať podstatný vplyv na prevádzku elektrolytického článku, čím sa zníži regenerácia zinku a zvýši sa spotreba energie.

Chladiace systémy sa používajú na reguláciu teploty a na udržanie optimálneho výkonu. Tieto zariadenia sú kľúčové pre udržanie elektrolytu v cieľovom teplotnom rozsahu a pre úspešné zvládnutie ohmického tepla produkovaného počas procesu elektrovýťažnosti.

Špeciálna výzva fluoridových kontaminantov
Zavedenie fluoridových iónov (zvyčajne v zinkových koncentrátoch) do elektrolytu sťažuje proces chladenia elektrolytického získavania zinku. Fluoridové ióny sú dosť nepriateľské voči väčšine kovov a môžu spôsobiť vážnu koróziu v stopách (niekoľko ppm až desiatky ppm). Fluoridové ióny tiež reagujú s mnohými ďalšími bežnými materiálmi používanými v chladiacich systémoch, čo spôsobuje ich rýchle zhoršenie a zlyhanie.

Výber materiálu pre výmenníky tepla by mal byť veľmi odolný voči kyseline sírovej a fluoridovým iónom kvôli drsnosti elektrolytu. PTFE (polytetrafluóretylén) je najlepším materiálom na takéto použitie vďaka svojim vynikajúcim vlastnostiam chemickej odolnosti. PTFE je úplne odolný voči pôsobeniu fluoridov pri teplotách typických pre elektrolytické získavanie zinku (35-40°C), a preto je ideálny pre aplikácie výmenníkov tepla v týchto nastaveniach.

Konfiguračný výmenník tepla PTFE
Najpopulárnejším chladiacim systémom v rafinériách zinku je plášťový a rúrkový výmenník tepla. PTFE rúrky sa používajú na vnútornú dráhu tekutiny a chladiaca voda prúdi okolo strany plášťa. Táto konštrukcia umožňuje efektívny prenos tepla a znižuje nebezpečenstvo korózie a degradácie materiálu. PTFE trubice tiež vykazujú dobrú integritu v priebehu času, najmä v prítomnosti kyseliny sírovej s obsahom fluoridu-, ktorá zaisťuje spoľahlivé fungovanie chladiaceho systému.

Konštrukcia plášťa-a{1}}rúr s PTFE rúrkami sa používa, pretože poskytuje flexibilitu pri zvládaní rôznych prietokov a teplotných rozdielov, pričom je odolná voči korózii. Vonkajší plášť je zvyčajne vyrobený z nehrdzavejúcej ocele alebo iných zliatin odolných voči korózii a rúrky PTFE sú vybrané pre svoju odolnosť voči agresívnemu charakteru elektrolytu.

Poznámka k materiálovej kompatibilite: PTFE verzus iné materiály
Odolnosť materiálu voči kyseline sírovej Odolnosť voči teflónovým fluoridom Aplikácia pri elektrovýrobe zinkuVýborne Vynikajúca Najlepšia voľba, pretože je odolný voči kyseline sírovej aj fluoridovým iónom.
Nehrdzavejúca oceľ Dobrá Zlá Je náchylná na koróziu fluoridovými iónmi a nie je vhodná na dlhodobé použitie v nastaveniach fluoridových ložísk.
Titán Vynikajúci Slabý Dobrý proti kyseline sírovej, ale podlieha napadnutiu fluoridmi. Neodporúča sa pre elektrolyt obsahujúci fluorid.
Grafit Stredný Stredný Grafit je odolný voči kyseline sírovej, ale vystavením fluoridu sa môže opotrebovať, preto nie je vždy vhodný na tieto účely.
Výmenníky tepla z PTFE sú neprekonateľné vo svojej odolnosti voči korozívnym účinkom kyseliny sírovej a fluoridových iónov v chladiacich systémoch na elektrolytické získavanie zinku.

Záver
Výmenníky tepla PTFE sú ideálne vhodné na chladenie roztoku na elektrolytické získavanie zinku, pretože sú odolné voči kyseline sírovej aj fluoridovým iónom. Elektrolyt obsahuje fluoridové ióny. Použité materiály musia byť schopné odolávať chemickým a teplotným stresom bez ovplyvnenia integrity systému. Ukázalo sa, že PTFE výmenníky sú optimálnym riešením na riadenie teploty elektrolytu, zabezpečujúce efektívne ukladanie zinku a obmedzujúce vývoj vodíka.

Výber materiálu je dôležitou súčasťou hydrometalurgických operácií, najmä ak ide o stopové kontaminanty, ako je fluorid. Výber správnej chemickej kompatibility materiálov, ako je PTFE, zaisťuje maximálnu životnosť a spoľahlivosť chladiaceho systému, čo zase prispieva k celkovej účinnosti procesu elektrolytického získavania zinku.