چرا کوارتز تنها ماده گرمایشی است که در اسید فلوراید{0} غلظت بالا پایدار است؟

# چرا کوارتز تنها ماده گرم کننده ای است که در اسید فلوراید با غلظت{0} بالا پایدار می ماند؟ اسید فلوراید یک عنصر رایج در فرآیندهای تخمیر سویه‌ای خاص و تصفیه مواد خام است. با این حال، این یک تهدید خورنده قابل توجهی برای اکثر تجهیزات گرمایش فلز و پلیمر است. تحت بخاری‌های-فلوراید غلظت بالا، فولاد ضد زنگ 316، تیتانیوم درجه 2 و بخاری‌های روکش‌شده PFA، همگی درجات مختلفی از آسیب ساختاری را تجربه می‌کنند. برعکس، لوله‌های گرمایش کوارتز ذوب شده با خلوص بالا، بی‌اثری شیمیایی پایداری را حفظ می‌کنند که عملکرد طولانی‌مدت مداوم را ممکن می‌سازد. این پایداری استثنایی نتیجه ساختار کریستالی منحصر به فرد دی اکسید سیلیکون است. جدول زیر عملکرد مواد را در شرایط کاری اسید فلوراید مقایسه می کند.|مواد لوله گرمایش|واکنش شیمیایی با اسید فلوراید با غلظت بالا{12} آسیب سطحی قابل مشاهده|حداکثر چرخه خدمات مستمر|سناریوی اسید فلوراید قابل اجرا|| ----|----|----|----|----|| فولاد ضد زنگ 316|خوردگی الکتروشیمیایی حفره ای سریع|گودال های زنگ زدگی متراکم روی جوش ها|کمتر از 1 هفته|فقط فلوراید کمتر از 10 ppm|| تیتانیوم درجه 2|انحلال کامل فیلم غیرفعال سازی TiO2|لایه حکاکی یکنواخت سفید شیری|کمتر از 3 روز|فقط محیط فلوراید کاملاً صفر|| بخاری با روکش PFA|تورم و نفوذ آهسته فلوروپلاستیک|پوشش تیرگی و تاول های ریز|1-2 ماه|استفاده متناوب فلوراید با غلظت کم|| کوارتز با خلوص بالا|بدون واکنش شیمیایی خود به خود در 20-90 درجه|سطح صاف و سالم بدون علامت|بیش از 1 سال کار مداوم|تولید سیکل طولانی اسید فلوراید با غلظت بالا|جزء اصلی لوله های کوارتز صنعتی واجد شرایط، دی اکسید سیلیکون با خلوص بیش از 99.99٪ است که یک شبکه سه بعدی محکم را از طریق پیوندهای کووالانسی سیلیکون-اکسیژن تشکیل می دهد. یون های فلوراید قادر به برهم زدن پیوندهای پایدار Si-O در محدوده دمایی تخمیر معمولی نیستند. در نتیجه، هیچ محصول جانبی فلوراید فلزی محلول تولید نخواهد شد. کل ماتریس کریستالی کوارتز ذاتاً ضد فلوراید است که امکان انحلال یا شکست لایه محافظ را از بین می‌برد، برخلاف لوله‌های حرارتی فلزی که برای محافظت به لایه‌های غیرفعال سطح نازک وابسته هستند. کریستال داخلی در معرض در برابر اسید فلوراید بی‌اثر می‌ماند و از خوردگی سریع جلوگیری می‌کند، حتی اگر ذرات جامد سطح لوله را خراش دهند. لوله های حرارتی فلزی زمانی که در معرض اسید فلوراید قرار می گیرند در معرض نقص های کشنده هستند. در نتیجه واکنش شدید بین فیلم غیرفعال کننده دی اکسید تیتانیوم و یون های فلوراید، تمام دیواره لوله به طور یکنواخت ظرف چند روز نازک می شود و در نتیجه فلوراید تیتانیوم محلول تشکیل می شود. خوردگی حفره ای متمرکز یک اتفاق رایج در فولاد ضد زنگ 316 در موقعیت های جوش است که می تواند منجر به ضایعات متوسط ​​و نشت ناگهانی شود. خیساندن طولانی‌مدت اسید فلوراید با غلظت بالا، شکاف‌های میکرو را در داخل پوشش نفوذ می‌کند و منجر به ایجاد تاول و جدا شدن از بستر فولاد کربنی می‌شود. فلوروپلیمر PFA فقط می تواند به طور موقت در برابر فلوراید با غلظت پایین مقاومت کند. حفاظت انزوا به تدریج از بین خواهد رفت. با این وجود، مقاومت استثنایی کوارتز در برابر فلوراید با یک اشکال ظاهری همراه است: این کوارتز قادر به تعامل با مایع تمیزکننده قلیایی نیست. یون های هیدروکسید پیوندهای کووالانسی بین سیلیکون و اکسیژن را مختل می کند و در نتیجه سیلیکات محلول تشکیل می شود. این فرآیند منجر به تشکیل لایه های مات برگشت ناپذیر بر روی دیواره لوله می شود. استحکام ساختاری کوارتز با ظهور یخ زدگی به طور قابل توجهی کاهش می یابد و گسترش ریزترک های داخلی و پارگی متعاقب آن لوله از تناوب گرمای سرد در هنگام راه اندازی و بسته شدن ناشی می شود. در نتیجه، برای جداسازی کامل حلقه‌های گردش قلیایی، خطوط لوله گرمایش کوارتز باید اینترلاک‌های سخت مکانیکی را اجرا کنند. علاوه بر این، خطوط لوله تمیز کردن اسید و قلیایی به برنامه های علامت گذاری و کنترل مستقل نیاز دارند. در خطوط تخمیر آزمایشگاهی و در مقیاس کوچک که نیاز به عملیات اسید فلوراید با غلظت بالا دارند، سایر مواد گرمایشی قادر به برآورده کردن الزامات تولید طولانی مدت نیستند و فقط می توانند به عنوان تجهیزات انتقال موقت استفاده شوند. لوله های کوارتز به تنها گزینه قابل اعتماد تبدیل می شوند. اپراتورها موظفند نرخ گرمایش را زیر 0.4 درجه در دقیقه تنظیم کنند تا تنش شوک حرارتی را کاهش دهند و هر دو هفته یکبار بازرسی های انتقال نور را برای تشخیص یخ زدگی قلیایی انجام دهند. لوله‌های گرمایش کوارتز می‌توانند از مزیت ضد فلوراید انحصاری خود با جداسازی دقیق محیط‌های اسیدی و قلیایی استفاده کنند، در نتیجه فرکانس هزینه‌های تعویض تجهیزات را کاهش داده و از خطرات آلودگی متوسط ​​ناشی از شکست خوردگی بخاری‌های فلزی یا پلیمری جلوگیری می‌کنند.