Kako so izmenjevalci PTFE nameščeni v hladilnih sistemih celic za elektroliziranje cinka?

Elektro pridobivanje cinka, tako kot baker, uporablja elektrolit žveplove kisline in ustvarja precejšnjo ohmsko toploto. Toda cink je bolj dovzeten za temperaturo in prisotnost fluoridnih nečistoč iz cinkovih koncentratov predstavlja še en problem korozije za hladilno opremo.

Elektro pridobivanje cinka
Pri elektrodobitvi cinka se cink odlaga iz raztopine žveplove kisline, pogosto v območju 150-200 g/l H2SO4. Temperaturo elektrolita je treba vzdrževati v omejenem oknu 35-40 °C, da preprečimo neželeno razvijanje vodikovega plina in dosežemo dobro stopnjo usedanja. Vsako odstopanje od tega temperaturnega območja lahko bistveno vpliva na delovanje elektrolitske celice, zmanjša pridobivanje cinka in poveča porabo energije.

Hladilni sistemi se uporabljajo za nadzor temperature in vzdrževanje optimalne učinkovitosti. Te naprave so ključne za ohranjanje elektrolita v ciljnem temperaturnem območju in za uspešno ravnanje z ohmsko toploto, ki nastane med postopkom električnega pridobivanja.

Poseben izziv onesnaževalcev fluorida
Vnos fluoridnih ionov (običajno v cinkovih koncentratih) v elektrolit oteži postopek hlajenja elektrolita cinka. Fluoridni ioni so precej sovražni za večino kovin in lahko povzročijo resno korozijo v sledovih (nekaj ppm do desetine ppm). Fluoridni ioni prav tako reagirajo s številnimi drugimi običajnimi materiali, ki se uporabljajo v hladilnih sistemih, zaradi česar se hitro poslabšajo in odpovejo.

Izbira materiala za izmenjevalnike toplote mora biti zelo odporna na žveplovo kislino in fluoridne ione zaradi trdote elektrolita. PTFE (politetrafluoroetilen) je zaradi svoje odlične kemične odpornosti najboljši material za takšno uporabo. PTFE je popolnoma odporen na napade fluorida pri temperaturah, ki so značilne za elektro pridobivanje cinka (35–40 °C), in je zato idealen za aplikacije toplotnih izmenjevalcev v teh nastavitvah.

PTFE konfiguracija toplotnega izmenjevalnika
Najbolj priljubljen hladilni sistem v rafinerijah cinka je cevni toplotni izmenjevalnik. PTFE cevi se uporabljajo za notranjo pot tekočine, hladilna voda pa teče okoli strani lupine. Ta oblika omogoča učinkovit prenos toplote in zmanjšuje nevarnost korozije in degradacije materiala. PTFE cevi tudi sčasoma izkazujejo dobro integriteto, zlasti v prisotnosti žveplove kisline, ki vsebuje fluor -, kar zagotavlja zanesljivo delovanje hladilnega sistema.

Uporabljena je konstrukcija -in-cevi s PTFE cevmi, ker zagotavlja prilagodljivost za obvladovanje različnih pretokov in temperaturnih razlik, hkrati pa je odporen proti koroziji. Zunanja lupina je običajno izdelana iz nerjavečega jekla ali drugih zlitin, odpornih proti koroziji, PTFE cevi pa so izbrane zaradi njihove odpornosti na agresiven značaj elektrolita.

Opomba o združljivosti materialov: PTFE v primerjavi z drugimi materiali
Odpornost materiala na žveplovo kislino Teflon Fluoride Resistance Application in Cinc Electrowinning Odlično Odlično Najboljša izbira, saj je odporen na žveplovo kislino in fluoridne ione.
Nerjaveče jeklo Dobro Slabo Občutljivo za korozijo zaradi fluoridnih ionov in ni primerno za dolgotrajno uporabo v okoljih s fluoridi.
Titan Odlično Slabo Dobro proti žveplovi kislini, vendar izpostavljen napadom fluorida. Ni priporočljivo za elektrolit, ki vsebuje fluor.
Grafit Zmerno Zmerno Grafit je odporen na žveplovo kislino, vendar se lahko ob izpostavljenosti fluoridu obrabi, zato ni vedno primeren za te uporabe.
PTFE toplotni izmenjevalniki so neprekosljivi v svoji odpornosti proti korozivnim učinkom tako žveplove kisline kot fluoridnih ionov v hladilnih sistemih za elektro pridobivanje cinka.

Zaključek
PTFE toplotni izmenjevalniki so idealno primerni za hlajenje raztopine za elektro pridobivanje cinka, ker so odporni na žveplovo kislino in fluoridne ione. Elektrolit vsebuje fluoridne ione. Uporabljeni materiali morajo biti odporni na kemične in temperaturne dejavnike, ne da bi pri tem vplivali na celovitost sistema. PTFE izmenjevalci so se izkazali kot optimalna rešitev za uravnavanje temperature elektrolita, ki zagotavlja učinkovito odlaganje cinka in omejuje nastajanje vodika.

Izbira materiala je pomemben del hidrometalurških operacij, še posebej, ko imamo opravka s sledovi onesnaževalcev, kot je fluorid. Izbira ustrezne kemične združljivosti materialov, kot je PTFE, zagotavlja največjo življenjsko dobo in zanesljivost hladilnega sistema, kar posledično prispeva k splošni učinkovitosti postopka električnega pridobivanja cinka.