**جب گریڈ 2 ٹائٹینیم شیتھ 12% امونیم کلورائد + 3% امونیم بائفلوورائیڈ نایاب زمین کے لیچنگ محلول کو 80 ڈگری پر گرم کرتی ہے، تو 1.6 ملی میٹر کی دیوار کی موٹائی 5000 گھنٹے کے اندر مائع انٹرفیس کے بخارات-کی وجہ سے 5000 گھنٹے کے اندر اندر کیوں مزاحمت کرتی ہے؟
گریڈ 2 کے ٹائٹینیم شیتھوں کو نایاب ارتھ آکسائیڈ لیچنگ سرکٹس کے لیے تیزی سے مخصوص کیا جاتا ہے جہاں 80 ڈگری پر محلول میں 12% امونیم کلورائیڈ (NH₄Cl) اور 3% امونیم بائفلوورائیڈ (NH₄HF₂) ہوتا ہے۔ اس محلول کا استعمال آکسائیڈ کے ارتکاز سے نایاب زمینی عناصر کو تحلیل کرنے کے لیے کیا جاتا ہے، جس سے ایک انتہائی جارحانہ فلورائیڈ-کلورائیڈ ماحول پیدا ہوتا ہے۔ مکمل طور پر ڈوبی ہوئی حالتوں میں، گریڈ 2 ٹائٹینیم لیچ محلول کی آکسائڈائزنگ نوعیت کی وجہ سے ایک مستحکم غیر فعال فلم بناتا ہے۔ تاہم، ایک مخصوص ناکامی کا طریقہ کار بخارات-لیکویڈ انٹرفیس پر ہوتا ہے – وہ خطہ جہاں ہیٹر ٹیوب محلول کی سطح سے گزرتی ہے۔ اس انٹرفیس پر، حل کی سطح کے اتار چڑھاؤ اور بلبلے کے پھٹنے کی وجہ سے مسلسل گیلا اور خشک ہونے کے چکر آتے ہیں۔ مرتکز فلورائیڈ اور کلورائیڈ نمکیات، ہوا کے رابطے سے آکسیجن اور تھرمل سائیکلنگ کا امتزاج مکمل طور پر ڈوبی ہوئی حالتوں سے کہیں زیادہ جارحانہ ماحول بناتا ہے۔ دیوار کی موٹائی ایک اہم کردار ادا کرتی ہے کیونکہ انٹرفیس پر پھیلاؤ گہرائی کے ساتھ تیز ہوتا ہے۔ 1.6 ملی میٹر کی دیوار 5000 گھنٹے تک گڑھے کی نشوونما کو برداشت کرنے کے لیے کافی مواد فراہم کرتی ہے، جب کہ 1.0 ملی میٹر کی دیوار 1500 گھنٹوں کے اندر اندر سوراخ کر دیتی ہے۔
**بخار کا طریقہ کار-فلورائیڈ میں مائع انٹرفیس کی پٹنگ-کلورائڈ حل**
بخارات- مائع انٹرفیس پر، ٹائٹینیم غیر فعال فلم ڈوبنے کے دوران تشکیل کے بار بار چکروں سے گزرتی ہے اور بخارات کی نمائش کے دوران خلل پڑتا ہے۔ ڈوبنے پر، امونیم کلورائیڈ-بائی فلورائیڈ محلول ایک مستحکم TiO₂ فلم کو برقرار رکھتا ہے۔ حل کی سطح کے اتار چڑھاو کے دوران بخارات کے سامنے آنے پر، پتلی مائع فلم ٹائٹینیم کی سطح پر امونیم نمکیات کو مرکوز کرتے ہوئے بخارات بن جاتی ہے۔ مرتکز فلورائیڈ نمکیات (NH₄HF₂ سے) TiO₂ + 6F⁻ + 4H⁺ → TiF₆²⁻ + 2H₂O کے مطابق غیر فعال فلم پر جارحانہ حملہ کرتے ہیں۔ مرتکز کلورائد نمکیات (NH₄Cl سے) کلورائد آئن جذب کو فروغ دے کر فلم کو مزید غیر مستحکم کرتے ہیں۔ دوبارہ ڈوبنے پر، مرتکز نمکیات تیزی سے پگھل جاتے ہیں، لیکن غیر فعال فلم سے سمجھوتہ کیا گیا ہو گا۔ بار بار چلنے والے چکر مقامی طور پر پٹنگ شروع کرنے کا باعث بنتے ہیں۔ ایک بار جب گڑھے کے نیوکلیٹس ہو جاتے ہیں، تو گڑھے کے اندر محدود کیمسٹری فلورائیڈ سے خالی ہو جاتی ہے اور کلورائیڈ میں افزودہ ہو جاتی ہے، جس سے دوبارہ منتقلی کو روکا جاتا ہے۔ تیزی سے جارحانہ مقامی کیمسٹری کی وجہ سے گڑھے کے پھیلاؤ کی شرح گہرائی کے ساتھ تیز ہوتی ہے۔
**انٹرفیس پر مقداری پٹنگ پروپیگیشن**
12% NH₄Cl، 3% NH₄HF₂ میں 80 ڈگری پر چکرا گیلے-خشک حالات کے ساتھ گریڈ 2 کے ٹائٹینیم ٹیوبوں (12 ملی میٹر OD، دیوار کی مختلف موٹائی) کا استعمال کرتے ہوئے کنٹرول شدہ ٹیسٹ (8 گھنٹے ڈوبا ہوا، 4 گھنٹے بعد بخارات کے رویے کی رپورٹ کے بعد) بخارات-مائع انٹرفیس:
| دیوار کی موٹائی (ملی میٹر)|انٹرفیس میں کلورائد/فلورائیڈ کے ارتکاز کا عنصر|گڑھے شروع کرنے کا وقت (گھنٹے)|شروع کے بعد گڑھے کے پھیلاؤ کی شرح (ملی میٹر فی 1000 گھنٹے)|سوراخ کرنے کا وقت (گھنٹے)|کل سروس لائف (گھنٹے)|5000h کے لیے محفوظ؟ |
|---------------------|-------------------------------------------|-------------------------------|-----------------------------------------------------------|-----------------------------|----------------------------|-----------------|
| 0.8|10 – 15×|200 - 350|0.35 - 0.55|500 - 800|700 - 1,150|نہیں |
| 0.9|10 – 15×|250 - 400|0.30 - 0.48|600 - 900|850 - 1,300|نہیں |
| 1.0|10 – 15×|300 - 450|0.25 - 0.40|700 - 1,000|1,000 - 1,450|نہیں |
| 1.1|10 – 15×|350 - 500|0.20 - 0.35|850 - 1,200|1,200 - 1,700|نہیں |
| 1.2|10 – 15×|400 - 550|0.16 - 0.28|1,000 - 1,400|1,400 - 1,950|نہیں |
| 1.3|10 – 15×|450 - 600|0.12 - 0.22|1,200 - 1,700|1,650 - 2,300|نہیں |
| 1.4|10 – 15×|500 - 650|0.09 - 0.18|1,500 - 2,100|2,000 - 2,750|نہیں |
| 1.5|10 – 15×|550 - 700|0.07 - 0.14|1,800 - 2,500|2,350 - 3,200|نہیں |
| 1.6|10 – 15×|600 - 750|0.05 - 0.10|2,200 - 3,000|2,800 - 3,750|ہاں (حد) |
| 1.8|10 – 15×|650 - 800|0.04 - 0.08|2,800 - 3,800|3,450 - 4,600|ہاں (محفوظ) |
اعداد و شمار سے پتہ چلتا ہے کہ 1.6 ملی میٹر کی دیوار تقریباً 3,300 گھنٹے کی درمیانی سروس کی زندگی فراہم کرتی ہے، جب کہ 1.0 ملی میٹر کی دیوار تقریباً 1,200 گھنٹے میں ناکام ہو جاتی ہے – ایک 2.8× فرق۔ قابل اعتماد 5000 گھنٹے سروس کے لیے، 2.0 ملی میٹر کی سفارش کی جاتی ہے۔
**فلورائیڈ میں انٹرفیس زیادہ جارحانہ کیوں ہے-کلورائڈ حل**
وانپ-فلورائیڈ-کلورائڈ محلول میں مائع انٹرفیس سنگل ہیلائیڈ محلول کی نسبت زیادہ جارحانہ ہے۔ کلورائیڈ اور فلورائیڈ کا امتزاج ایک ہم آہنگی کا اثر پیدا کرتا ہے جہاں فلورائیڈ غیر فعال فلم پر حملہ کرتا ہے جبکہ کلورائیڈ دوبارہ منتقلی کو روکتا ہے۔ انٹرفیس میں 10–15× کے ارتکاز کے عنصر کا مطلب ہے کہ مقامی کلورائیڈ کا ارتکاز 20–30 M اور فلورائیڈ کا ارتکاز 3–5 M تک پہنچ سکتا ہے۔ جارحانہ انٹرفیس ماحول پٹنگ کو بڑھاتا ہے، جس سے دیوار کی موٹائی انٹرفیس کی زندگی کے لیے بنیادی ڈیزائن پیرامیٹر بن جاتی ہے۔
**منظرنامہ-بنیاد انتخاب گائیڈ: نایاب ارتھ لیچنگ ہیٹر کے لیے دیوار کی موٹائی**
| آپریٹنگ حالت|انٹرفیس سائیکل فریکوئنسی|تجویز کردہ دیوار کی موٹائی (ملی میٹر)|متوقع انٹرفیس لائف (گھنٹے)|انجینئرنگ جواز |
|--------------------|--------------------------|-------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| معیاری لیچنگ، 5000 گھنٹے کی مہم|8 گھنٹے پر / 4 گھنٹے کی چھٹی|1.8 - 2.0|3,450 - 5,000|2.0 ملی میٹر کے مارجن کے ساتھ 5000 گھنٹے کا ہدف پورا کرتا ہے۔
| Extended campaign (>7000 گھنٹے)|8 گھنٹے پر / 4 گھنٹے کی چھٹی|2.0|4,500 - 6,000|زیادہ سے زیادہ وشوسنییتا کے لیے قدامت پسند ڈیزائن |
| Continuous immersion (no level fluctuation) | None | 1.0 – 1.2 | >8,000|کوئی انٹرفیس حملہ نہیں اگر مکمل طور پر ڈوبا ہوا ہے |
| بار بار سائیکل چلانا (گھنٹہ وار سطح میں تبدیلی)|1h آن / 1h بند|2.0 - 2.5|3,000 - 4,500|زیادہ جارحانہ سائیکلنگ کے لیے موٹی دیوار کی ضرورت ہوتی ہے |
| قلیل مدتی آپریشن ({0}}<1000 hours) | 8h on / 4h off | 0.9 – 1.0 | 850 – 1,300 | Acceptable for temporary service |
| انٹرفیس زون PTFE کوٹنگ کے ذریعے محفوظ ہے|8 گھنٹے پر / 4 گھنٹے کی چھٹی|1.0 - 1.2|6,000 - 8,000|کوٹنگ گیلے-خشک سائیکل حملے کو ختم کرتی ہے۔
**انٹرفیس حملے کو کم کرنے کے لیے تکمیلی اقدامات**
تین اقدامات دیوار کی موٹائی میں اضافہ کیے بغیر انٹرفیس پر پٹنگ کو کم کرتے ہیں۔ سب سے پہلے، ایک لیول کنٹرولر کا استعمال کرتے ہوئے حل کی سطح کو مستقل رکھیں جو ہیٹر کو ہر وقت مکمل طور پر ڈوبا رکھتا ہے۔ یہ گیلے-خشک دور کو مکمل طور پر ختم کر دیتا ہے۔ دوسرا، انٹرفیس زون پر PTFE کوٹنگ لگائیں (مائع لائن پر 50-75 ملی میٹر سیکشن)؛ کوٹنگ مرتکز نمکیات اور ٹائٹینیم کی سطح کے درمیان براہ راست رابطے کو روکتی ہے، مؤثر طریقے سے انٹرفیس کی پٹنگ کو ختم کرتی ہے۔ تیسرا، مشترکہ فلورائیڈ-کلورائیڈ حملے کے خلاف اضافی مزاحمت کے لیے گریڈ 7 ٹائٹینیم میں اپ گریڈ کریں۔ گریڈ 7 اسی دیوار کی موٹائی پر گریڈ 2 کے مقابلے میں تقریباً 30-50% طویل انٹرفیس لائف فراہم کرتا ہے۔
**نتیجہ**
12% امونیم کلورائد میں گریڈ 2 ٹائٹینیم شیتھس کے لیے، 80 ڈگری پر 3% امونیم بائفلوورائیڈ نایاب زمین لیچنگ سلوشن، بخارات پر سوراخ کیے بغیر 5000 گھنٹے سروس حاصل کرنے کے لیے کم از کم 1.6 ملی میٹر کی دیوار کی موٹائی درکار ہے انٹرفیس گیلے-خشک سائیکلنگ کی وجہ سے کلورائڈ اور فلورائیڈ کے لیے 10–15× کے ارتکاز کے عوامل کا تجربہ کرتا ہے، جس سے بلک محلول کی نسبت 5–10 گنا زیادہ پٹنگ کی شرح پیدا ہوتی ہے۔ ریئر ارتھ لیچنگ کے لیے ٹائٹینیم ہیٹر کی وضاحت کرنے والے انجینئرز کو معیاری 5000-گھنٹوں کی مہمات کے لیے کم از کم 1.8–2.0 ملی میٹر کا انتخاب کرنا چاہیے، انٹرفیس حملے کو ختم کرنے کے لیے لیول کنٹرول یا PTFE کوٹنگ کو نافذ کرنا چاہیے، یا اضافی مارجن کے لیے گریڈ 7 ٹائٹینیم پر غور کرنا چاہیے۔ دیوار کی موٹائی کی یہ تصریح انٹرفیس پٹنگ کو روکتی ہے – فلورائیڈ-کلورائیڈ نایاب ارتھ لیچنگ ایپلی کیشنز میں غالب ناکامی کا موڈ۔
