Toepassingen van zirkoniumstaven in de chemische industrie

Waarom zirkoniumstaven worden geselecteerd voor chemische toepassingen

In de meeste zeer corrosieve media is zirkonium beter bestand tegen aanvallen dan titanium. Dat is de reden dat zirkoniumapparatuur duurder is, maar toch zijn weg vindt naar chemische fabrieken: waar titanium zijn limiet bereikt, blijven zirkoniumstaven en gefabriceerde onderdelen overleven. Zirkonium is een passiverend metaal en combineert gemakkelijk met zuurstof om een ​​dichte, hechtende oppervlaktefilm te vormen, en het is die film, en niet het metaal eronder, dat voor de corrosieweerstand zorgt.

Hafniumcontrole en materiaalkeuze

Zirkonium en hafnium komen naast elkaar voor in zirkoniumertsen, waar het hafniumgehalte ongeveer 2% tot 3% van het zirkoniumgehalte bedraagt, en de twee elementen gedragen zich in fysisch en chemisch opzicht zeer vergelijkbaar. Het volledig scheiden ervan is moeilijk en duur: het produceren van zirkonium met een hafniumgehalte van minder dan 0,01% kost veel meer, omdat de scheidingsplicht zwaar is. Voor zirkonium van chemische-kwaliteit zijn die kosten niet gerechtvaardigd. In de praktijk wordt materiaal van chemische-kwaliteit geaccepteerd met een hafniumgehalte tot ongeveer 4,5% zonder de corrosieprestaties te schaden, terwijl nucleaire toepassingen, waarbij hafnium moet worden verwijderd vanwege het neutronen-absorberende gedrag, de lage-hafniumkwaliteiten gebruiken.

Corrosiebestendigheid: waar zirkonium werkt

Vanwege zijn passieve film is zirkonium bestand tegen de meeste organische zuren, anorganische zuren, sterke basen, gesmolten zouten, water op hoge- temperatuur en vloeibare metalen. De praktische grenzen worden bepaald door de temperatuur en door de neiging van bepaalde media om de film af te breken of waterstof in te brengen.

Het ontwerp moet daarom beginnen met een gemiddelde-na-beoordeling bij de werkelijke bedrijfstemperatuur en -concentratie, en niet met een algemene claim van corrosiebestendigheid.

Oxidatie, stikstof en waterstof bij verhoogde temperatuur

In de lucht begint zirkonium bij ongeveer 425 graden ernstig af te pellen en vormt het wit zirkoniumoxide bij ongeveer 540 graden.

Boven ongeveer 700 graden absorbeert het zuurstof en wordt het broos; vacuümgloeien kan die zuurstof niet verwijderen.

Het reageert met stikstof boven ongeveer 400 graden, en de reactie wordt krachtig rond de 800 graden; Ook de op deze wijze opgenomen stikstof kan niet door vacuümgloeien worden verwijderd.

De waterstofabsorptie begint boven ongeveer 300 graden en veroorzaakt waterstofverbrossing, maar waterstof kan worden verwijderd door vacuümgloeien bij ongeveer 1000 graden.

Deze cijfers verklaren waarom zirkoniumapparatuur wordt beschermd tijdens lassen en warmtebehandeling en waarom waterstofopname, in plaats van uniform wandverlies, vaak de levensduur van een onderdeel bepaalt.

Typische toepassingen in de chemische industrie

Shell{0}}en-buizen- en bajonetwarmtewisselaars die hete zoutzuur en chloride-dragende processtromen verwerken.

Reactoren, autoclaven en drukvaten voor agressieve organische en anorganische chemie.

Destillatiekolommen, interne onderdelen, trays en pakkingsteunen.

Leidingen, fittingen, kleppen, pompassen en roerwerken waarbij titanium te snel corrodeert.

Ureum-, azijnzuur- en waterstofperoxide-service, en apparatuur die wordt blootgesteld aan waterstofchloride- en hypochloriet-vrije chloridevloeistoffen.

Fabricage- en kwaliteitspunten voor zirkoniumstaven

Koop staaf die chemisch gecertificeerd is en traceerbaar is op basis van de hitte, met het hafniumgehalte vermeld, zodat de kwaliteit bekend is voordat de fabricage begint.

Fabriceren in een schone, speciale ruimte; ijzer- en koperverontreiniging op het oppervlak kan de passieve film aantasten.

Las onder inert gas met voldoende afscherming en beits achteraf, aangezien vervuiling tijdens het lassen een veelvoorkomende oorzaak is van voortijdig falen.

Vermijd gebruiksomstandigheden waarbij waterstofopwekking wordt gecombineerd met hoge temperaturen, of die vacuümgloeien bij ongeveer 1000 graden specificeren om geabsorbeerde waterstof te verwijderen.

Houd de blootstelling aan zuurstof en stikstof tijdens heetvervormen binnen de bovenstaande limieten; als het metaal heet moet worden bewerkt, gebruik dan een beschermende atmosfeer.

Veelgestelde vragen

Vraag: Waarom is zirkonium duurder dan titanium en toch nog steeds gebruikt in chemische fabrieken?
Omdat het in de meeste zeer corrosieve media beter bestand is tegen aanvallen dan titanium. Waar titanium te snel zou corroderen, geeft zirkonium apparatuur een levensduur die de hogere aanschafprijs rechtvaardigt.

Vraag: Hoeveel hafnium is acceptabel in zirkonium van chemische-kwaliteit?
Materiaal van chemische-kwaliteit wordt algemeen geaccepteerd met een hafniumgehalte tot ongeveer 4,5%. Het terugbrengen van hafnium tot minder dan 0,01% is een kostbare scheidingsstap en is gereserveerd voor nucleaire taken.

Vraag: In welke zuren moet zirkonium worden vermeden?
Fluorwaterstofzuur, geconcentreerd zwavelzuur, geconcentreerd fosforzuur, koningswater, broomwaterstofzuur, fluorkiezelzuur, fluorboorzuur en broomwater vernietigen allemaal de passieve film en moeten worden vermeden.

Vraag: Bij welke temperatuur neemt zirkonium waterstof op?
De waterstofabsorptie begint boven ongeveer 300 graden en leidt tot verbrossing. Geabsorbeerde waterstof kan worden verwijderd door vacuümgloeien bij ongeveer 1000 graden.

Vraag: Wat gebeurt er met zirkonium in lucht bij hoge temperaturen?
Het pelt ernstig af bij ongeveer 425 graden, vormt wit oxide bij ongeveer 540 graden, en boven ongeveer 700 graden absorbeert het zuurstof en wordt het broos; de geabsorbeerde zuurstof kan niet worden verwijderd door vacuümgloeien.

Vraag: Kan zirkonium normaal worden gelast?
Ja, op voorwaarde dat de verbinding is afgeschermd met inert gas en het oppervlak schoon is en vrij van ijzer- en koperverontreiniging, gevolgd door beitsen, omdat verontreiniging tijdens het lassen vroegtijdige storingen veroorzaakt.