Hoe worden PTFE-wisselaars ingezet in zink-elektrowinning-celkoelsystemen?

Bij het elektrolytisch winnen van zink wordt, net als bij koper, gebruik gemaakt van een zwavelzuur-elektrolyt en ontstaat er aanzienlijke ohmse warmte. Maar zink is gevoeliger voor temperatuur en de aanwezigheid van fluorideverontreinigingen uit zinkconcentraten vormt een ander corrosieprobleem voor koelapparatuur.

Zink Elektrowinning
Bij de elektrowinning van zink wordt zink afgezet uit een oplossing van zwavelzuur, vaak in het bereik van 150-200 g/L H2SO4. De elektrolyttemperatuur moet binnen een beperkt bereik van 35-40°C worden gehouden om de ongewenste ontwikkeling van waterstofgas te voorkomen en een goede afzettingssnelheid te bereiken. Elke variatie van dit temperatuurbereik kan een substantieel effect hebben op de werking van de elektrolytische cel, waardoor de zinkterugwinning wordt verminderd en het energieverbruik toeneemt.

Koelsystemen worden gebruikt om de temperatuur te regelen en optimale prestaties te behouden. Deze apparaten zijn van cruciaal belang om de elektrolyt binnen het beoogde temperatuurbereik te houden en om met succes om te gaan met de ohmse warmte die wordt geproduceerd tijdens het elektrowinningsproces.

Speciale uitdaging van fluorideverontreinigingen
De introductie van fluoride-ionen (meestal in de zinkconcentraten) in de elektrolyt maakt het elektrolytisch winnen van zink-koeling moeilijker. Fluoride-ionen zijn behoorlijk vijandig tegenover de meeste metalen en kunnen in sporen ernstige corrosie veroorzaken (enkele ppm tot tientallen ppm). Fluoride-ionen reageren ook met veel andere veel voorkomende materialen die in koelsystemen worden gebruikt, waardoor deze snel verslechteren en defect raken.

De materiaalkeuze voor warmtewisselaars moet zeer goed bestand zijn tegen zwavelzuur en fluoride-ionen vanwege de hardheid van de elektrolyt. PTFE (polytetrafluorethyleen) is het beste materiaal voor dergelijk gebruik vanwege de uitstekende chemische bestendigheid. PTFE is volledig bestand tegen fluoride-aantasting bij de temperaturen die typisch zijn voor de elektrowinning van zink (35-40°C) en is daarom ideaal voor warmtewisselaartoepassingen in deze omgevingen.

PTFE-configuratie warmtewisselaar
Het meest populaire koelsysteem in zinkraffinaderijen is de shell-and-tube-warmtewisselaar. PTFE-buizen worden gebruikt voor het interne vloeistofpad en koelwater stroomt rond de schaalzijde. Dit ontwerp zorgt voor een effectieve warmteoverdracht en vermindert het gevaar van corrosie en materiaaldegradatie. De PTFE-buizen vertonen na verloop van tijd ook een goede integriteit, vooral in de aanwezigheid van fluoride-dat zwavelzuur bevat, wat de betrouwbare werking van het koelsysteem garandeert.

De schaal{0}}en-buisconstructie met PTFE-buizen wordt gebruikt omdat deze flexibiliteit biedt om diverse stroomsnelheden en temperatuurverschillen aan te kunnen, terwijl deze tegelijkertijd corrosiebestendig is. De buitenmantel is meestal gemaakt van roestvrij staal of andere corrosiebestendige legeringen en de PTFE-buizen zijn geselecteerd op hun weerstand tegen het agressieve karakter van de elektrolyt.

Opmerking over materiaalcompatibiliteit: PTFE versus andere materialen
Materiaalbestendigheid tegen zwavelzuur Weerstand tegen Teflonfluoride Toepassing in zink Elektrowinning Uitstekend Uitstekend De beste keuze, omdat het bestand is tegen zowel zwavelzuur als fluoride-ionen.
Roestvrij staal Goed Slecht Gevoelig voor corrosie door fluoride-ionen en niet geschikt voor langdurig gebruik in fluoridelagers.
Titanium Uitstekend Slecht Goed tegen zwavelzuur, maar onderhevig aan aantasting door fluoride. Niet aanbevolen voor fluoridehoudende elektrolyten.
Grafiet Matig Matig Grafiet is bestand tegen zwavelzuur, maar kan slijten bij blootstelling aan fluoride en is daarom niet altijd geschikt voor deze toepassingen.
PTFE-warmtewisselaars zijn onovertroffen in hun weerstand tegen de corrosieve effecten van zowel zwavelzuur- als fluoride-ionen in koelsystemen voor de elektrowinning van zink.

Conclusie
PTFE-warmtewisselaars zijn bij uitstek geschikt voor het koelen van oplossingen voor de elektrowinning van zink, omdat ze bestand zijn tegen zowel zwavelzuur als fluoride-ionen. De elektrolyt bevat fluoride-ionen. De gebruikte materialen moeten bestand zijn tegen chemische en temperatuurinvloeden zonder de integriteit van het systeem aan te tasten. Het is bewezen dat PTFE-wisselaars de optimale oplossing zijn om de elektrolyttemperatuur te beheersen, waardoor een efficiënte zinkafzetting wordt gegarandeerd en de waterstofontwikkeling wordt beperkt.

Materiaalkeuze is een essentieel onderdeel van hydrometallurgische activiteiten, vooral als het gaat om sporenverontreinigingen zoals fluoride. Het kiezen van de juiste chemische compatibiliteit van materialen zoals PTFE garandeert de maximale levensduur en betrouwbaarheid van het koelsysteem, wat op zijn beurt bijdraagt ​​aan de algehele efficiëntie van het elektrowinningsproces van zink.