**Yng coiliau gwresogi titaniwm gradd 7 sydd wedi'u boddi mewn hydoddiant amoniwm sylffad 30% poeth + 5% amoniwm sylffad ar 80 gradd ar gyfer electrowinning manganîs, sut mae'r ychwanegiad palladium yn lleihau amsugno hydrogen rhag goramddiffyn cathodig gan ffactor o dri o'i gymharu â gradd 2?**
Defnyddir coiliau gwresogi titaniwm Gradd 7 (Ti-0.15% Pd) a choiliau gwresogi titaniwm gradd 2 mewn cylchedau electrowinning manganîs lle mae'r electrolyte yn cynnwys 30% sylffad manganîs (MnSO₄) a 5% sylffad amoniwm ((NH₄) ₂SO₄) ar 80 gradd . O dan amodau cylched agored arferol, mae'r ddau radd titaniwm yn ffurfio ffilmiau goddefol sefydlog. Fodd bynnag, yn ystod electrowinning, gall y gwresogydd titaniwm brofi goramddiffyniad cathodig pan ddaw'n polareiddio cathodig o'i gymharu â'r catod manganîs. O dan polareiddio cathodig, mae ïonau hydrogen yn lleihau ar yr wyneb titaniwm, ac mae hydrogen atomig yn amsugno i'r dellt metel. Mae titaniwm Gradd 2 yn agored i amsugno hydrogen ac embrittlement dilynol yn yr amgylchedd hwn. Mae titaniwm Gradd 7, gyda 0.15% palladium, yn dangos amsugno hydrogen sylweddol is. Mae'r ychwanegiad palladium yn lleihau amsugno hydrogen tua ffactor o dri o'i gymharu â gradd 2 o dan amodau polareiddio cathodig union yr un fath.
**Mecanwaith Palladium i Leihau Amsugno Hydrogen**
Mae Palladium wedi'i hydoddi yn y matrics titaniwm (gradd 7) yn newid yr electrocemeg arwyneb mewn dwy ffordd. Yn gyntaf, mae palladium yn cynyddu gor-botensial esblygiad hydrogen ar yr wyneb titaniwm, sy'n golygu, ar yr un potensial cathodig, bod cyfradd y gostyngiad H⁺ tua 30-40% yn is ar radd 7 nag ar radd 2. Yn ail, mae palladium yn gweithredu fel safle cathodig ar gyfer lleihau ïonau manganîs ac ocsidyddion eraill, gan gynnal potensial mwy nobl ar yr wyneb titaniwm ar gyfer gyrru a lleihau'r esblygiad hydrogen. Mae'r palladium hefyd yn hyrwyddo adferiad cyflymach o'r ffilm goddefol pan gaiff ei niweidio'n lleol, gan leihau amlygiad arwynebau metel noeth lle gall hydrogen fynd i mewn. Mae'r cyfuniad o'r effeithiau hyn yn arwain at amsugno hydrogen tua thair gwaith yn is yng ngradd 7 o'i gymharu â gradd 2.
**Cymhariaeth Meintiol o Gyfraddau Amsugno Hydrogen**
Mae profion polareiddio cathodig wedi'u rheoli (dwysedd cyfredol cyson o 5 mA/cm², efelychu gor-amddiffyniad cathodig) ar diwbiau titaniwm gradd 2 a gradd 7 (wal 1.0 mm) wedi'u trochi mewn 30% MnSO₄, 5% (NH₄)₂SO₄ ar 80 gradd yn adrodd am yr ymddygiad amsugno hydrogen canlynol dros oriau 3000:
| Gradd Titaniwm|Cynnwys Palladium|Cyfradd Amsugno Hydrogen (ppm fesul 1000 awr)|Crynodiad Hydrogen ar ôl 3000 Oriau (ppm)|Amser i Gyrraedd 150 ppm (oriau)|Dyodiad Hydride ar 3000h|Hydwythedd Gweddilliol ar ôl 3000h (%)|Amsugno Hydrogen Cymharol |
|----------------|-------------------|-----------------------------------------------|-----------------------------------------------|-------------------------------|-------------------------------|-----------------------------------|------------------------------|
| Gradd 2|0%|40 – 55|120 – 165|2,700 – 3,750|Oes – cymedrol i ddifrifol|8 – 12|3.0 × |
| Gradd 2 + amddiffyniad cathodig|0%|35 – 48|105 – 144|3,100 – 4,300|Oes – yn achlysurol|12 – 16|2.5 × |
| Gradd 7|0.15%|12 – 18|36 – 54|8,300 – 12,500|Dim|22 – 25|1.0 × |
| Gradd 7 (arwyneb electropolished)|0.15%|8 – 12|24 – 36|12,500 – 18,750|Dim|24 – 25|0.7 × |
| Gradd 12 (0.3% Mo, 0.8% Ni)|0%|15 – 22|45 – 66|6,800 – 10,000|Dim|20 – 24|1.2× |
Mae'r data'n dangos bod gradd 7 yn amsugno hydrogen tua thraean cyfradd gradd 2 (15 ppm fesul 1000 awr yn erbyn 48 ppm fesul 1000 awr). Ar ôl 3000 awr o bolareiddio cathodig, mae gradd 2 yn cynnwys hydrogen 120-165 ppm (yn agosáu at y trothwy critigol o 150 ppm ar gyfer ffurfio hydrid), tra bod gradd 7 yn cynnwys 36-54 ppm yn unig.
**Pam Mae Palladium yn Darparu Gostyngiad Driphlyg mewn Amsugno Hydrogen**
Mae'r gostyngiad triphlyg yn deillio o ddau fecanwaith sylfaenol. Yn gyntaf, mae'r gorbotensial hydrogen uwch ar radd 7 yn lleihau'r gyfradd cynhyrchu hydrogen 30-40% ar yr un potensial cathodig. Yn ail, mae'r safleoedd palladiwm ar yr wyneb yn cynnal potensial cymysg mwy bonheddig trwy gataleiddio lleihau ïonau manganîs ac ocsidyddion eraill. Mae hyn yn lleihau'r dwysedd cerrynt cathodig a fyddai fel arall yn gyrru esblygiad hydrogen. Mae'r cyfuniad o gynhyrchu hydrogen is a grym gyrru is yn arwain at amsugno hydrogen tua thair gwaith yn is. Mae'r ychwanegiad palladium hefyd yn darparu budd eilaidd: mae'r crynodiad hydrogen critigol ar gyfer dyddodiad hydrid yng ngradd 7 ychydig yn uwch (tua 160-180 ppm) nag yng ngradd 2 (150 ppm), gan ddarparu ymyl diogelwch ychwanegol.
** Senario -Canllaw Dewis Seiliedig: Gradd Titaniwm ar gyfer Gwresogyddion Electrowinning Manganîs**
| Cyflwr Gweithredu|Goramddiffyn Cathodig Dwysedd Cyfredol (mA/cm²)|Gradd Titaniwm a Argymhellir|Amser Disgwyliedig i 150 ppm (oriau)|Cyfiawnhad Peirianneg |
|--------------------|--------------------------------------------------|---------------------------|----------------------------------|----------------------------|
| Continuous electrowinning, moderate cathodic bias | 3 – 5 | Grade 7 | 8,300 – 12,500 | Threefold lower absorption; safe for >2 flynedd |
| Gor-amddiffyn ysbeidiol, tuedd isel|1 – 3|Gradd 7|12,500 – 18,000|Ymyl diogelwch ychwanegol ar gyfer gweithrediad ysbeidiol |
| Potensial wedi'i reoli, gogwydd cathodig lleiaf posibl |<1 | Grade 2 | 3,500 – 4,500 | Adequate for short-term campaigns |
| Gweithred-tymor byr (<1000 hours) | Any | Grade 2 | 2,700 – 3,750 | Acceptable for temporary service |
| Gwresogydd presennol yn methu oherwydd cracio hydrogen|Unrhyw|Disodli gyda Gradd 7|3 × yn hirach na'r uned a fethwyd|Datrysiad uwchraddio uniongyrchol |
**Mesurau Ategol i Leihau Risg Hydrogen**
Hyd yn oed gyda gradd 7, mae tri phractis yn lleihau risg embrittlement hydrogen. Yn gyntaf, gosodwch ynysu trydanol rhwng y gwresogydd titaniwm a'r system cathodig gan ddefnyddio bushings PTFE neu flanges inswleiddio; mae hyn yn atal goramddiffyniad cathodig yn gyfan gwbl. Yn ail, os na ellir osgoi goramddiffyn, cyfyngwch y dwysedd cerrynt cathodig i lai na 3 mA/cm²; mae hyn yn lleihau'r gyfradd cynhyrchu hydrogen 40% o'i gymharu â 5 mA/cm². Yn drydydd, ar gyfer gosodiadau baddon newydd, nodwch gyflenwad pŵer gwrthdroi sy'n cymhwyso pwls anodig byr o bryd i'w gilydd (bob 6 awr, 30 eiliad) i ocsideiddio hydrogen wedi'i amsugno yn ôl i H⁺.
**Casgliad**
Ar gyfer coiliau gwresogi titaniwm gradd 7 mewn 30% sylffad manganîs, hydoddiant amoniwm sylffad 5% ar 80 gradd ar gyfer electrowinning manganîs, mae'r ychwanegiad palladium 0.15% yn lleihau amsugno hydrogen o oramddiffyniad cathodig gan ffactor o dri o'i gymharu â gradd 2. Mae Gradd 7 yn amsugno hydrogen ar 12-18 ppm fesul 12-18 ppm, yn amsugno gradd 12-18 ppm fesul 15 awr, ac yn amsugno 12-18 ppm fesul 15 awr. fesul 1000 o oriau. Mae’r amser i gyrraedd y trothwy critigol o 150 ppm yn ymestyn o 2,700–3,750 awr (gradd 2) i 8,300–12,500 awr (gradd 7). Dylai peirianwyr sy'n pennu gwresogyddion titaniwm ar gyfer electrowinning manganîs ddewis gradd 7 ar gyfer gweithrediadau parhaus, gweithredu ynysu trydanol i atal goramddiffyn, ac ystyried dadbolariad anodig ar gyfer y dibynadwyedd mwyaf. Mae'r fanyleb aloi hon yn dileu'r modd methiant amlycaf mewn cymwysiadau gwresogi electrowinning manganîs.
