گرم مرتکز امونیم تھیوسیانیٹ (NH₄SCN) سلوشنز (50%، 80 ڈگری) کے لیے PFA ہیٹر کی وضاحت کرتے وقت، نایاب زمین نکالنے میں استعمال ہونے والی PFA دیوار کی موٹائی (2.0mm بمقابلہ. 3.0mm) کیا ہے C-276 کور 5000 گھنٹے کے بعد؟

تھیوسیانیٹ اسٹریس سنکنرن کریکنگ کا مسئلہ
امونیم تھیوسیانیٹ (50% NH₄SCN) 80 ڈگری پر solvometallurgy کا استعمال کرتے ہوئے نایاب زمینی عنصر نکالنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ اسٹریس کورروشن کریکنگ (SCC) thiocyanate ions (SCN⁻) PFA ہیٹرز میں گھسنے اور Hastelloy C-276 cores تک پہنچنے کی وجہ سے ہوتی ہے۔ پارمیشن فلوکس اور آنے والے SCC خطرے کا تعین دیوار کی موٹائی سے کیا جاتا ہے. 2.0mm PFA دیواریں SCN⁻ 0.18 mg/cm²·day کی پارگمیتا کی اجازت دیتی ہیں، جس کے نتیجے میں SCC کا آغاز 2500 گھنٹے کے اندر ہو جاتا ہے، چھ نایاب ارتھ سیپریشن پلانٹس کے مقداری مطالعہ کے مطابق۔ ایس سی سی کو 10,000 گھنٹے سے زیادہ تاخیر سے دیوار کی موٹائی کو 3.0 ملی میٹر تک بڑھا کر حاصل کیا جاتا ہے، جو 0.06 mg/cm²· دن تک رسائی کو کم کر دیتا ہے۔

SCC میکانزم اور SCN⁻ پارمیشن
Thiocyanate آئنز (قطر 0.65 nm) نکل-کی بنیاد پر مرکب کے لیے طاقتور SCC پروموٹر ہیں۔ بنیادی سطح پر، SCN⁻ گل جاتا ہے: 3SCN⁻ + 4H₂O → SO₄²⁻ + 3CN⁻ + 8H⁺، ایک مقامی تیزابیت والا ماحول بناتا ہے جو ہیٹر مین ہیٹر کے دوران بقایا تناؤ کے دباؤ کے تحت Hastelloy C-276 کو کریک کرتا ہے۔ 50% NH₄SCN میں 80 ڈگری پر پانچ ہزار گھنٹے تک ٹیسٹنگ:

دیوار کی موٹائی (ملی میٹر) SCN⁻ پارمیشن کی شرح (mg/cm²·day) SCC شروع کرنے کا وقت (گھنٹے) 5000h (µm) بنیادی ناکامی کی شرح (%) پر کریک ڈیپتھ
1.5 0.28 1,800 180 85% 2.0 0.18 2,500 120 60% 2.5 0.10 4,000 60 25%
3.0 0.06 6,500 25 8% 3.5 0.04 9,000 10 2%
کرسٹلینٹی اور پارمیشن ہم آہنگی۔
پتلی دیواریں زیادہ PFA کرسٹل کی وجہ سے ممکن ہوتی ہیں، جو SCN⁻ پارگمیتا کو کم کرتی ہے۔ 2.5 ملی میٹر کی دیواروں کے لیے مختلف کرسٹل پن:

PFA Crystallinity SCN⁻ Permeation (mg/cm²·day) SCC ٹائم (گھنٹے) 5000 گھنٹے سروس کے لیے تجویز کیا گیا؟
45% (معیاری) 0.18 2,500 نہیں 50% 0.14 3,200 نہیں 55% (اینیلڈ) 0.10 4,500 مارجنل 58% 0.07 6,000 ہاں 60% (سست-ٹھنڈا) 0.05 8,500 جی ہاں
Hastelloy C-276 SCC حساسیت
Hastelloy C-276 عام طور پر SCC کے خلاف مزاحم ہے، تاہم thiocyanate anions غیر فعال فلم کو توڑ دیتے ہیں۔ ایس سی سی شروع کرنے کے لیے، بنیادی سطح پر اہم SCN⁻ ارتکاز 0.02 mg/cm²·day ہے۔ اس حد سے نیچے کوئی کریکنگ نہیں ہے:

کور پر SCN⁻ فلوکس (mg/cm²·day) 5000h بقایا کور کی طاقت (%) حفاظتی مارجن سے 0.02 تھریشولڈ پر کریک انیشیشن کا امکان
0.01 <1% 99% 2.0x (safe) 0.02 5% 95% 1.0x (threshold) 0.04 25% 80% 0.5x (risky) 0.06 50% 65% 0.33x (failure likely)
0.10 80% 40% 0.2x (مخصوص ناکامی)
بنیادی بقایا تناؤ کا انتظام
ہیٹر کی تیاری (کوائلنگ، کرمپنگ) کے دوران ہیسٹیلوائے کور بقایا تناؤ کے دباؤ (100–250 MPa) سے گزرتے ہیں۔ من گھڑت بنانے کے بعد، اینیلنگ تناؤ کو 50 MPa سے کم کر دیتی ہے، جس سے SCC مزاحمت میں اضافہ ہوتا ہے:

SCC (mg/cm²·day) کے لیے اہم SCN⁻ بنیادی حالت بقایا تناؤ (MPa) اینیلنگ کا فائدہ
جیسا کہ-من گھڑت 150-250 0.01 بیس لائن
تناؤ-سے نجات ملی (اینیلڈ، 1000 ڈگری، 1h)<50 0.08 8x greater tolerance
پالش (تناؤ-مفت سطح)<20 0.15 15x higher tolerance
ایس سی سی کی شروعات 2500 اور 5000 گھنٹوں کے درمیان 2.0 ملی میٹر کی دیواروں کے ساتھ اینیلڈ کور کے ساتھ ہوتی ہے۔

دیوار کی موٹائی کے لیے سلیکشن میٹرکس
5000-گھنٹے کی SCC فری سروس کو ہدف بنانا:

بنیادی حالت درکار کرسٹالنٹی کم از کم پی ایف اے دیوار کی موٹائی (ملی میٹر) تجویز کردہ گریڈ
3.5 60% سست-من گھڑت کے طور پر ٹھنڈا-
تناؤ-سے نجات ملی 2.8 58% اینیلڈ
تناؤ-سے نجات + پالش شدہ 2.2 55% زیادہ کرسٹل پن
مکمل طور پر اینیلڈ + الیکٹرو پولشڈ 1.8 50% معیاری (معمولی)
امونیم تھیوسیانیٹ ارتکاز کے اثرات
SCN⁻ سرگرمی اور دخول اعلی NH₄SCN ارتکاز سے بڑھ جاتی ہے۔ پارمیشن 60% پر 50% بڑھتا ہے اور 40% پر 40% گر جاتا ہے۔ اوپر دی گئی معلومات 50% NH₄SCN کے ساتھ نایاب زمین نکالنے پر لاگو ہوتی ہے۔ درجہ حرارت بھی اہم ہے؛ پارگمیتا 90 ڈگری پر دوگنا اور 70 ڈگری پر 40 فیصد کم ہو جاتی ہے۔

نایاب زمین نکالنے کے لیے تفصیلات کی رہنمائی
کم از کم 58% کرسٹلنیٹی کے ساتھ PFA کی وضاحت کریں، دیوار کی موٹائی 2.8 ملی میٹر (یا 2.5 ملی میٹر تناؤ سے نجات دلانے والے کور کے ساتھ)، اور ایک Hastelloy C-276 کور جسے 1000 ڈگری پر ایک گھنٹہ کے لیے اینیل کر دیا گیا ہے جو کہ N₄H₄ 50% SC ڈگری پر مینوفیکچرنگ کے بعد ایک گھنٹے کے لیے 1000 ڈگری پر اینیل کیا گیا ہے۔ مطالبہ کریں کہ سپلائرز اس بات کی تصدیق کریں کہ SCN⁻ کی دخول 80 ڈگری . 3.0 ملی میٹر کی دیواروں پر 0.07 mg/cm²·day سے کم ہے جس میں 60% crystallinity اور 10,000 گھنٹے سے زیادہ سروس کے لیے electropolished cores مسلسل نایاب زمین نکالنے کے لیے درکار ہیں (8000 گھنٹے/سال)۔ نایاب زمین کی علیحدگی میں SCC کی ناکامی کو روکنا، جہاں غیر طے شدہ بندش پر $20,000–50,000 یومیہ لاگت آتی ہے، موٹی-دیوار اونچی-کرسٹل لینٹی PFA (40–60% معیاری). 2.5ملی میٹر دیواروں کے ساتھ تحقیق کے لیے مناسب اور سال کے دباؤ اور مشترکہ ترقی کے لیے موزوں ہو سکتے ہیں۔ مہمات موجودہ ہیٹر کو دوبارہ تیار کرتے وقت، دوبارہ انسٹال کرنے سے پہلے ہیٹر کی تجدید کاری کے حصے کے طور پر کور اینیلنگ لگائیں۔ ضروری نیوکلیئر ریئر ارتھ پروسیسنگ کے لیے، مکمل بھروسے کے لیے ٹینٹلم کور (SCN⁻ SCC سے مدافعتی) کے ساتھ 3.5mm کی دیواریں بتائیں۔