El problema de la acumulación de carbonatos
Los baños de cobre con cianuro acumulan sales de carbonato con el tiempo. El carbonato de sodio y el carbonato de potasio se forman mediante la absorción de dióxido de carbono atmosférico por el baño fuertemente alcalino (pH 12-13). La reacción es: 2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O. La concentración de carbonato aumenta gradualmente durante el funcionamiento normal del baño.
El problema se acelera en la superficie del calentador. Los calentadores de inmersión metálicos, con temperaturas de pared de 80-100 grados, crean zonas localizadas donde se excede la solubilidad del carbonato. El carbonato precipita en forma de incrustaciones duras y cristalinas en la superficie del tubo. La incrustación aísla los tubos, reduce la transferencia de calor y eventualmente requiere desincrustación mecánica o química. El procedimiento de descalcificación-que normalmente utiliza ácido clorhídrico genera residuos peligrosos y consume tiempo de producción.
Un intercambiador de calor de PTFE funciona a una temperatura de pared más baja (55-70 grados), donde la solubilidad del carbonato es mayor. La precipitación en la superficie del tubo se reduce significativamente. El carbonato permanece disuelto en el baño a granel, donde puede controlarse mediante procedimientos normales de congelación o precipitación, en lugar de formarse en la superficie del calentador.
El mecanismo de solubilidad dependiente de la temperatura-
La solubilidad del carbonato de sodio en agua depende en gran medida de la temperatura-. A 30 grados (temperatura típica de baño en masa para cianuro de cobre), la solubilidad es de aproximadamente 50 g/100 ml. A 80 grados (temperatura de la pared del calentador metálico), la solubilidad cae a aproximadamente 45 g/100 ml. A 95 grados (temperatura de la pared del calentador de titanio), cae aún más a aproximadamente 42 g/100 ml.
El baño a 30 grados puede estar por debajo del límite de saturación de carbonatos. La delgada capa límite en la superficie del calentador, calentada a 80-95 grados, excede el límite de saturación local. El carbonato precipita directamente sobre la superficie del tubo. La precipitación es continua mientras el baño contenga carbonato disuelto y el calentador mantenga la temperatura elevada de la pared.
La temperatura más baja de la pared del PTFE (55-70 grados) mantiene la capa límite más cerca de la temperatura del baño general. La solubilidad a 60 grados es aproximadamente 47 g/100 ml, más cercana al valor total y menos probable que exceda la saturación. La fuerza impulsora de la precipitación se reduce entre un 50 y un 70%.
| Parámetro de carbonato | Calentador de acero inoxidable | Calentador de titanio | Intercambiador de calor de PTFE |
|---|---|---|---|
| Temperatura de la pared a 3 barg de vapor (grados) | 80-95 | 85-100 | 55-70 |
| Solubilidad de Na₂CO₃ a temperatura de la pared (g/100 ml) | 44-45 | 42-44 | 47-48 |
| Fuerza impulsora relativa de la precipitación | 1,0 (línea de base) | 1.1-1.3 | 0.3-0.5 |
| Tasa de formación de incrustaciones de carbonato | Alto | Alto | Bajo |
| Frecuencia de descalcificación | 6-12 semanas | 4-10 semanas | 12-24 meses |
La sinergia de superficies de PTFE
La baja energía superficial del PTFE (18-20 mN/m) proporciona una defensa secundaria contra las incrustaciones de carbonato. Incluso cuando se produce precipitación, los cristales se adhieren débilmente a la superficie hidrófoba de PTFE. Los cristales se desprenden mediante la circulación o agitación normal del baño. No se acumulan en la capa dura y mecánicamente entrelazada que se forma en las superficies metálicas.
La combinación de una fuerza impulsora de precipitación reducida (por una temperatura más baja de la pared) y una adhesión reducida (por una energía superficial baja) hace que el PTFE sea altamente resistente a las incrustaciones de carbonato en el servicio de cobre con cianuro. El intervalo de descalcificación se extiende desde semanas hasta meses o años.
El beneficio de gestión de la química del baño
La acumulación de carbonato en el baño se gestiona mediante congelamiento periódico-enfriamiento-de una parte del baño para cristalizar el carbonato, que luego se filtra-o mediante precipitación química con hidróxido de calcio. Estos procedimientos se realizan en el baño masivo y no se ven afectados por la elección del material del intercambiador de calor.
La ventaja del PTFE es que el carbonato permanece en el baño a granel, donde puede gestionarse mediante estos procedimientos, en lugar de depositarse en la superficie del calentador, donde provoca una pérdida de transferencia de calor y requiere una desincrustación separada y más agresiva. El mantenimiento del baño se vuelve más predecible y menos frecuente.
Resumen
Los baños de cobre con cianuro forman lodos de carbonato en las superficies metálicas del calentador debido a la reducida solubilidad del carbonato a la alta temperatura de la pared (80-100 grados). Los intercambiadores de calor de PTFE, con su temperatura de pared más baja (55-70 grados), reducen la fuerza impulsora de la precipitación en un 50-70%. La superficie de PTFE de baja energía inhibe aún más la adhesión de los cristales. El carbonato permanece en el baño a granel, donde se controla mediante procedimientos de rutina, en lugar de formar incrustaciones aislantes en el calentador.
El soporte de ingeniería para la especificación del intercambiador de calor de PTFE en baños de revestimiento alcalino y de cianuro está disponible previa presentación de la química del baño, la temperatura de funcionamiento, la frecuencia actual de descalcificación y los procedimientos de gestión de carbonatos.
