O problema do acúmulo de carbonato
Os banhos de cobre com cianeto acumulam sais de carbonato ao longo do tempo. O carbonato de sódio e o carbonato de potássio se formam através da absorção do dióxido de carbono atmosférico pelo banho fortemente alcalino (pH 12-13). A reação é: 2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O. A concentração de carbonato aumenta gradualmente durante a operação normal do banho.
O problema acelera na superfície do aquecedor. Aquecedores de imersão metálicos, com temperaturas de parede de 80-100 graus, criam zonas localizadas onde a solubilidade do carbonato é excedida. O carbonato precipita como uma incrustação dura e cristalina na superfície do tubo. A incrustação isola os tubos, reduz a transferência de calor e, eventualmente, requer descalcificação mecânica ou química. O procedimento de descalcificação-normalmente usando ácido clorídrico gera resíduos perigosos e consome tempo de produção.
Um trocador de calor de PTFE opera em uma temperatura de parede mais baixa (55-70 graus), onde a solubilidade do carbonato é maior. A precipitação na superfície do tubo é significativamente reduzida. O carbonato permanece dissolvido no banho a granel, onde pode ser gerenciado por procedimentos normais de congelamento ou precipitação, em vez de se formar na superfície do aquecedor.
O mecanismo de solubilidade-dependente da temperatura
A solubilidade do carbonato de sódio na água depende fortemente-da temperatura. A 30 graus (temperatura típica do banho a granel para cobre cianeto), a solubilidade é de aproximadamente 50 g/100 mL. A 80 graus (temperatura da parede do aquecedor metálico), a solubilidade cai para aproximadamente 45 g/100 mL. A 95 graus (temperatura da parede do aquecedor de titânio), cai ainda mais para aproximadamente 42 g/100 mL.
O banho a 30 graus pode estar abaixo do limite de saturação de carbonato. A fina camada limite na superfície do aquecedor, aquecida a 80-95 graus, excede o limite de saturação local. O carbonato precipita diretamente na superfície do tubo. A precipitação é contínua enquanto o banho contém carbonato dissolvido e o aquecedor mantém a temperatura elevada da parede.
A temperatura mais baixa da parede do PTFE (55-70 graus) mantém a camada limite mais próxima da temperatura do banho a granel. A solubilidade a 60 graus é de aproximadamente 47 g/100 mL – mais próxima do valor bruto e menos provável de exceder a saturação. A força motriz da precipitação é reduzida em 50-70%.
| Parâmetro Carbonato | Aquecedor de aço inoxidável | Aquecedor de titânio | Trocador de calor PTFE |
|---|---|---|---|
| Temperatura da parede a 3 barg de vapor (graus) | 80-95 | 85-100 | 55-70 |
| Solubilidade de Na₂CO₃ à temperatura da parede (g/100mL) | 44-45 | 42-44 | 47-48 |
| Força motriz da precipitação relativa | 1,0 (linha de base) | 1.1-1.3 | 0.3-0.5 |
| Taxa de formação de incrustações de carbonato | Alto | Alto | Baixo |
| Frequência de descalcificação | 6-12 semanas | 4-10 semanas | 12-24 meses |
A sinergia de superfície de PTFE
A baixa energia superficial do PTFE (18-20 mN/m) fornece uma defesa secundária contra incrustações de carbonato. Mesmo quando ocorre precipitação, os cristais aderem fracamente à superfície hidrofóbica do PTFE. Os cristais são desalojados pela circulação ou agitação normal do banho. Eles não se acumulam na camada dura e mecanicamente interligada que se forma nas superfícies metálicas.
A combinação de força motriz de precipitação reduzida (devido à temperatura mais baixa da parede) e adesão reduzida (devido à baixa energia superficial) torna o PTFE altamente resistente à incrustação de carbonato em serviços de cobre com cianeto. O intervalo de descalcificação varia de semanas a meses ou anos.
O benefício de gerenciamento de química do banho
O acúmulo de carbonato no banho é gerenciado por congelamento periódico-resfriamento-de uma porção do banho para cristalizar o carbonato, que é então filtrado-ou por precipitação química com hidróxido de cálcio. Esses procedimentos são realizados no banho a granel e não são afetados pela escolha do material do trocador de calor.
A vantagem do PTFE é que o carbonato permanece no banho a granel, onde pode ser gerenciado por esses procedimentos, em vez de se depositar na superfície do aquecedor, onde causa perda de transferência de calor e requer uma descalcificação separada e mais agressiva. A manutenção do banho torna-se mais previsível e menos frequente.
Resumo
Os banhos de cianeto de cobre formam lama de carbonato nas superfícies metálicas do aquecedor devido à reduzida solubilidade do carbonato na alta temperatura da parede (80-100 graus). Os trocadores de calor de PTFE, com sua temperatura de parede mais baixa (55-70 graus), reduzem a força motriz da precipitação em 50-70%. A superfície de PTFE de baixa energia inibe ainda mais a adesão do cristal. O carbonato permanece no banho a granel, onde é gerenciado por procedimentos de rotina, em vez de formar incrustações isolantes no aquecedor.
O suporte de engenharia para especificações de trocadores de calor de PTFE em banhos de revestimento alcalino e de cianeto está disponível mediante envio da química do banho, temperatura operacional, frequência atual de descalcificação e procedimentos de gerenciamento de carbonato.
