สารละลายโพแทสเซียมไซยาไนด์เข้มข้น (5–10%) ที่ร้อน 50–80 องศาจะเปลี่ยนความหนาของผนังเปลือกควอตซ์ที่ต้องการสำหรับการขุดทองและเครื่องทำความร้อนด้วยไฟฟ้าได้อย่างไร

สารละลายไซยาไนด์ร้อนที่มีส่วนผสมของอัลคาไลน์ การโจมตีของซิลิกาที่หลอมละลาย

KCN เป็นสารสำคัญในการทำเหมืองทองคำ (กระบวนการไซยาไนเดชัน) และส่วนประกอบอิเล็กโทรไลต์ปฐมภูมิในการชุบทอง เงิน และทองแดง ความเข้มข้นโดยทั่วไปคือ 5-10% โดยน้ำหนักในสารละลายที่เป็นน้ำ โดยมีอุณหภูมิในการทำงาน 50-80oC (ยกระดับขึ้นเพื่อเพิ่มอัตราการชะล้างหรือปรับปรุงคุณภาพการชุบ) การไฮโดรไลซิสของไซยาไนด์ส่งผลให้เกิด CN− + H2O ⇌ HCN + OH− ทำให้สารละลายค่อนข้างเป็นด่าง (pH 11-12) ในสารละลายไซยาไนด์ บางครั้งมีการใช้เครื่องทำความร้อนแบบแช่ควอตซ์เนื่องจากซิลิกาที่หลอมละลายมีความต้านทานสูงต่อสารละลายอัลคาไลน์ส่วนใหญ่ แต่ไซยาไนด์เข้มข้นที่ได้รับความร้อนก็มีกลไกการกัดกร่อนในตัวเอง การไฮโดรไลซิสจะทำให้เกิดไฮดรอกไซด์ไอออน (OH-) ซึ่งโจมตีโครงข่ายซิลิกาและสร้างซิลิเกตที่ละลายน้ำได้ ไซยาไนด์ไอออน (CN − ) ยังเป็นสารก่อให้เกิดสารเชิงซ้อนที่มีศักยภาพ โดยสามารถสร้างสารเชิงซ้อนซิลิคอน-ไซยาไนด์ที่ละลายน้ำได้ (แม้ว่าจะมีความเสถียรน้อยกว่าการโจมตีของไฮดรอกไซด์ก็ตาม) อัตราการกัดกร่อนเทียบได้กับอัตราการกัดกร่อนของโซเดียมไฮดรอกไซด์เจือจางที่ pH เดียวกันแต่เพิ่มส่วนประกอบเชิงซ้อนเข้าไป ในงานนี้ ผลกระทบของความเข้มข้นของ KCN (5-10%) อุณหภูมิ (50-80 องศา ) และ pH ของสารละลายต่ออัตราการกัดกร่อนที่สม่ำเสมอของซิลิกาที่หลอมละลายจะถูกวัดปริมาณ ความหนาของผนังเปลือกควอทซ์ที่จำเป็นสำหรับการทำเหมืองแร่ทองคำและเครื่องทำความร้อนด้วยไฟฟ้าในช่วงเวลาการบำรุงรักษาจริง (2,000 ถึง 8,000 ชั่วโมง) มาจากค่าดังกล่าว

จลนพลศาสตร์ของการกัดกร่อนของซิลิกาหลอมละลายในโพแทสเซียมไซยาไนด์ร้อน

การกัดกร่อนของควอตซ์ในสารละลาย KCN เกิดจากไอออนไฮดรอกไซด์ที่เกิดจากการไฮโดรไลซิสของไซยาไนด์ pH อยู่ที่ประมาณ 11.5-12.0 ที่ 25 องศา 5% KCN (ประมาณ. 0.8 M) pH จะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยที่ 70 องศา เนื่องจากการไฮโดรไลซิสมากขึ้น (pKa ของ HCN คือ 9.2 ที่ 25 องศา ลดลงที่อุณหภูมิสูงขึ้น) ความเข้มข้นของ OH- คือ 0.001-0.01 M ซึ่งก็คือ NaOH ประมาณ 0.1% ไอออนไซยาไนด์เองก็อาจเกี่ยวข้องโดยตรงกับการโจมตี: CN− สามารถประสานงานกับอะตอมของซิลิคอนที่พื้นผิว ทำให้จุดเชื่อมต่อ Si-O-Si อ่อนลงและทำให้เกิดไฮโดรไลซิสได้ ผลลัพธ์สุดท้ายคืออัตราการกัดกร่อนสูงกว่า NaOH ที่ pH เท่ากัน 20-40%

การทดสอบการแช่ใน 8% KCN ที่ควอตซ์หลอมละลายที่มีความบริสุทธิ์สูง 70 องศา แสดงให้เห็นอัตราการกัดกร่อนที่สม่ำเสมอที่ 0.0005-0.001 มม./ชั่วโมง ที่ 80 องศา ความเร็วจะเพิ่มขึ้นเป็น 0.001-0.002 มม./ชม. ที่ 50 องศา อัตราคือ 0.0002–0.0004 มม./ชั่วโมง เมื่อเปรียบเทียบกัน ควอตซ์กัดกร่อนที่ 0.0003-0.0006 มม./ชม. ใน 0.01 M NaOH (pH 12) ที่ 70 องศา ปลอกควอตซ์ 2.0 มม. ที่ 70 องศาจะสูญเสีย 0.0008 มม./ชั่วโมง × 2,500 ชั่วโมง=2.0 มม. หรืออายุการใช้งานประมาณ 2,500 ชั่วโมง (3.5 เดือน). 3.0 มม. ผนัง 3,750 ชั่วโมง ผนัง 4.0 มม. 5,000 ชั่วโมง สำหรับการขุดทองอย่างต่อเนื่อง ผนังขนาด 3.0-4.0 มม. พร้อมการเปลี่ยนทุกไตรมาสนั้นใช้งานได้จริง เมื่อชุบด้วยไฟฟ้าที่อุณหภูมิต่ำกว่า (50-60 องศา) อายุการใช้งานจะยาวนานขึ้นมาก

ปัญหาเกี่ยวกับบ่อและความปลอดภัยเฉพาะที่

สารละลายไซยาไนด์ค่อนข้างเป็นพิษ และความล้มเหลวของฮีตเตอร์อาจเป็นอันตรายต่อความปลอดภัย เครื่องทำความร้อนโลหะสึกกร่อนอย่างรวดเร็วและอาจนำพาโลหะเจือปนซึ่งขัดขวางการนำทองคำกลับคืนมา ดังนั้นจึงใช้เครื่องทำความร้อนแบบควอตซ์ แต่หากควอตซ์แตก องค์ประกอบความร้อน (โดยปกติคือ NiCr หรือเหล็กกล้าไร้สนิม) อาจทำปฏิกิริยากับไซยาไนด์ และอาจก่อให้เกิดควันพิษ ผนังควอทซ์ที่หนาขึ้นมีบัฟเฟอร์ความปลอดภัยที่ใหญ่กว่าเพื่อป้องกันการแตกร้าวจากความเครียดจากความร้อนหรือแรงทางกล สำหรับบริการไซยาไนด์ แนะนำให้ใช้ความหนาของผนังขั้นต่ำ 2.5 มม. โดยไม่คำนึงถึงค่าประมาณการกัดกร่อน

การตกผลึกของไซยาไนด์เป็นอันตรายในบริเวณวงเดือน โพแทสเซียมไซยาไนด์เป็นของเก่าและอาจสร้างชั้นอัลคาไลน์เข้มข้นที่ส่งเสริมการโจมตี แผงป้องกันไอหรือปลอกส่วนบนที่ให้ความร้อนช่วยยับยั้งการตกผลึก

โทษทางความร้อนของผนังหนาในสารละลายไซยาไนด์

ที่ 70 องศา ค่าการนำความร้อนของสารละลายโพแทสเซียมไซยาไนด์ที่ 8% จะอยู่ที่ประมาณ 0.60–0.65 W/(m·K)-คล้ายกับน้ำ สำหรับผนัง 2.5 มม. R_cond=0.00181 สำหรับผนัง 4.0 มม. R_cond=0.00290. สำหรับ h=800 W/(m2K) U ลดลงจาก ~380 เป็น 280 W/(m2K) ลดลง 26% บทลงโทษนี้เป็นที่ยอมรับได้เนื่องจากมีผนังหนาขึ้นมีประโยชน์ด้านความปลอดภัย

เมทริกซ์การเลือกตามสถานการณ์

สถานการณ์การใช้งาน ความหนาของผนังที่แนะนำ เหตุผลหลัก
ไซยาไนด์ของทอง (8 % KCN, 70 องศา , ต่อเนื่อง, ทดแทน 3 เดือน) 3.0 – 4.0 มม., ควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูง อัตราการกัดกร่อน ~0.0008 มม./ ชม. อัตราความปลอดภัยจากการแตกร้าวนั้นมาจากผนังที่หนากว่า ยู 300-350 วัตต์/(m2·K)
Electroplating (5 % KCN, 55 C, continuous) 2.5 – 3.0 mm Rate ~0.0003 mm/hour → 3.0 mm yields >10,000 ชม. อัตราความปลอดภัยเป็นสิ่งจำเป็น
ไซยาไนด์ในห้องปฏิบัติการ (ความเข้มข้นต่ำ 50 องศา ) 2.0 – 2.5 มม. ยอมรับได้ แต่ต้องได้รับการตรวจสอบอย่างใกล้ชิด
การเปลี่ยนแปลงการออกแบบที่เสริม: การกัดกร่อนลดลงโดยการรักษาอุณหภูมิให้ต่ำ (ต่ำกว่า 70 องศา) การเติมมะนาว (CaO) จะทำให้ไซยาไนด์คงตัวและลดไฮโดรไลซิสให้เหลือน้อยที่สุด ต้องมีการตรวจสอบความหนาเป็นประจำ แผงกั้นไอ PTFE ป้องกันการโจมตีวงเดือน