Πώς αλλάζει το θερμό συμπυκνωμένο διάλυμα χλωριούχου χρυσού (AuCl3) στους 60–80 μοίρες το κρίσιμο πάχος τοιχώματος της θήκης χαλαζία για τους θερμαντήρες επιμετάλλωσης και σύνθεσης νανοσωματιδίων;

Το πρόβλημα της εναπόθεσης ευγενών μετάλλων από ζεστό χρυσό-Λύσεις χλωρίου

Το χλωριούχο χρυσό (AuCl3) και το ένυδρο αντίστοιχό του χλωροαυρικό οξύ (HAuCl4) είναι οι συμβατικοί πρόδρομοι που χρησιμοποιούνται για την ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση χρυσού, την ηλεκτρολυτική εναπόθεση χρυσού και την παραγωγή νανοσωματιδίων χρυσού. Τυπικές βιομηχανικές συγκεντρώσεις 5-20 g/L ως μέταλλο χρυσού. Θερμοκρασία λειτουργίας 60-80 βαθμοί για λουτρά επιμετάλλωσης και αντιδραστήρες σύνθεσης. Τα διαλύματα είναι πολύ όξινα (pH 1-2) λόγω της υδρόλυσης του HCl: HAuCl4 + H2O → AuCl3(OH)− + H3O+. Το λιωμένο πυρίτιο παρουσιάζει ισχυρή χημική αντοχή και δεν μολύνει το λουτρό πολύτιμου μετάλλου και επομένως χρησιμοποιείται συχνά σε διαλύματα χρυσού. Από την άλλη πλευρά, το χλωριούχο χρυσό προσφέρει ένα διπλό εμπόδιο, δηλαδή τη μέτρια όξινη διάβρωση από το ελεύθερο HCl και, πιο σημαντικό, τη μείωση της θερμότητας των ιόντων χρυσού σε μεταλλικό χρυσό στην επιφάνεια του χαλαζία. Ο χρυσός είναι ευγενές μέταλλο και έχει υψηλό δυναμικό μείωσης (Au3+/Au, E βαθμός =1.50 V) που σημαίνει ότι μειώνεται γρήγορα από οργανικές ακαθαρσίες, αναγωγικούς παράγοντες ή ακόμα και από νερό σε υψηλές θερμοκρασίες. Ο εναποτιθέμενος μεταλλικός χρυσός είναι ένα λεπτό, θερμομονωτικό, ανακλαστικό στρώμα που μπορεί να απορροφήσει την ακτινοβολία και ως εκ τούτου να δημιουργήσει καυτά σημεία. Ο χρυσός είναι αδρανής σε αντίθεση με το ασήμι και δεν διαλύεται εύκολα σε συμβατικά οξέα καθαρισμού (το aqua regia είναι το μόνο οξύ που διαλύει τον χρυσό). Αυτό καθιστά δύσκολη την απομάκρυνση των κοιτασμάτων χρυσού. Σε αυτή την εργασία, ο ρυθμός εναπόθεσης χρυσού στο τηγμένο πυρίτιο και η υποκείμενη όξινη διάβρωση ποσοτικοποιούνται ως συνάρτηση της συγκέντρωσης χρυσού, της θερμοκρασίας (60-80 βαθμοί) και της καθαρότητας του διαλύματος. Εξάγεται το απαιτούμενο πάχος του τοιχώματος του περιβλήματος χαλαζία για πρακτικά διαστήματα σέρβις (1.000–5.000 h) σε θερμαντήρες επίχρυσης επένδυσης και σύνθεσης νανοσωματιδίων.

KORROSION UND ABSCHEIDUNGSGeschwindigkeiten IN HEISSEN GOLDCHLORID-Lösungen

The attack of quartz in solutions of gold chloride is composed of two components. (0.1-0.5 M from hydrolysis) gradual acid corrosion occurs: SiO₂ + 4HF → SiF₄ + 2H₂O (although here it is HCl, not HF). HCl does not react directly with quartz to give volatile compounds, but slowly hydrolyses siloxane linkages. The corrosion rate at 70°C in 0.3 M HCl (pH ~0.5) is ~0.0003–0.0006 mm/hr. This is low, and seldom restricting. Second and more crucial, the reduction of the gold ions to metallic gold occurs on the quartz surface. Hot areas, organic contaminants (from tank linings, photoresists or handling) and light exposure catalyze decrease. The reduction reaction: Au³⁺ + 3e⁻ = Au⁰. Electrons are provided by reducing chemicals or by oxidation of water (2H2O ->O2 + 4H+ + 4e- ) που είναι θερμοδυναμικά ευεργετικό σε αυξημένες θερμοκρασίες.

Η δοκιμή εμβάπτισης του τηγμένου χαλαζία σε διάλυμα χρυσού 10 g/L (ως HAuCl4) στους 70 βαθμούς για 1000 ώρες δεν δείχνει αξιοσημείωτη όξινη διάβρωση. Ωστόσο, παρουσία οποιουδήποτε αναγωγικού παράγοντα, η εναπόθεση χρυσού ανιχνεύεται μέσα σε αρκετές ώρες. Η εναπόθεση χρυσού είναι εξαιρετικά αργή (< 0.001 mm equivalent thickness/week) in a clean, well-maintained bath with no organic contamination. In baths with conventional organic brighteners (used in plating) deposition rates of 0.005–0.020 mm equivalent thickness per week are not uncommon. The gold film is adherent and very reflective. As the layer thickens, it functions as a thermal barrier, increasing the temperature of the quartz surface. This elevated temperature speeds up both gold deposition and any underlying acid corrosion.

Η ζώνη του μηνίσκου υπόκειται σε μεγάλο βαθμό σε εναπόθεση χρυσού λόγω συγκέντρωσης εξάτμισης. Μερικές φορές σχηματίζεται ένας χρυσός δακτύλιος στη γραμμή υγρού που είναι δύσκολο να αφαιρεθεί.

Επίδραση του πάχους τοιχώματος στη διάρκεια ζωής των θερμαντήρων με χλωριούχο χρυσό

Ο χρυσός μπορεί να εναποτεθεί με παχύτερους τοίχους χαλαζία. Ένας τοίχος 1,5 mm θα μαζεύει χρυσό με τον ίδιο ρυθμό με έναν τοίχο 3,0 mm. Το παχύτερο τοίχωμα, ωστόσο, έχει υψηλότερη θερμική μάζα, η οποία μπορεί να μειώσει την αύξηση της θερμοκρασίας που προκαλείται από τη μονωτική επίστρωση χρυσού και δίνει μεγαλύτερη αντίσταση στη θερμική καταπόνηση σε περίπτωση που προκύψουν καυτά σημεία. Για λουτρά με υψηλή εναπόθεση χρυσού (π.χ. επιμετάλλωση με λευκαντικά), συνιστάται ένα παχύτερο τοίχωμα (2,5–3,0 mm). Για λουτρά υψηλής καθαρότητας (π.χ. παραγωγή νανοσωματιδίων με αυστηρό έλεγχο της μόλυνσης), αρκούν τυπικά τοιχώματα 1,5-2,0 mm.

Οι καταθέσεις χρυσού είναι πολύ δύσκολο να εξαλειφθούν. Το HF επιτίθεται στον χαλαζία, όχι στο aqua regia. Το Aqua regia δεν είναι εχθρικό προς τον χαλαζία. Αραιό ​​aqua regia (3:1 HCl: HNO3) διαλύει τον χρυσό αλλά προσβάλλει τον χαλαζία. Διόρθωση: Το Aqua regia δεν περιέχει HF. Είναι ένα μείγμα HCl και HNO 3 . Δεν επιτίθεται πραγματικά στον χαλαζία. Επομένως, το αραιωμένο aqua regia είναι ασφαλές για καθαρισμό με χαλαζία. Καλός. Άρα απογύμνωση των κοιτασμάτων χρυσού με 10% aqua regia περιοδικά. Το Aqua regia, ωστόσο, είναι επικίνδυνο και πρέπει να αντιμετωπίζεται με σεβασμό. Οι περισσότεροι πελάτες επιλέγουν να αντικαταστήσουν τη θερμάστρα, αντί να την καθαρίσουν με aqua regia.

Θερμικές κυρώσεις παχύτερων τοίχων σε διαλύματα χρυσού

Η θερμική αγωγιμότητα των διαλυμάτων χλωριούχου χρυσού στους 70 βαθμούς C είναι περίπου 0,55–0,60 W/(m · K)-παρόμοια με το νερό. Για τοίχο 1,5 mm, R_cond=0.00109; για τοίχο 3,0 mm, R_cond=0.00217. Με h=800 W/(m²·K), R_boundary=0.00125. U πέφτει από 427 σε 292 W/(m²·K), μείωση 32%. Τα λεπτά τοιχώματα προτιμώνται για ενεργειακή απόδοση.

Σενάριο-Βασισμένος πίνακας επιλογής για πάχος τοιχώματος θήκης χαλαζία σε υπηρεσία χλωριούχου θερμού χρυσού

Σενάριο εφαρμογής & Παράμετροι λειτουργίας Προτεινόμενο Πάχος Τοίχου Αιτιολογία πυρήνα με ποσοτική συναλλαγή-Απενεργοποίηση
Επιμετάλλωση χρυσού (10 g/L Au, υπάρχει λαμπρυντικό, 65 μοίρες, μηνιαίος καθαρισμός) 2,5 – 3,0 mm, τυπικής ποιότητας, γυαλισμένο μέτρια εναπόθεση χρυσού. Πιο παχύ τοίχωμα αντιστέκεται στη θερμική καταπόνηση από καυτά σημεία. U ≈ 350 W/(m2·K).
Σύνθεση νανοσωματιδίων (υψηλής καθαρότητας, 70 μοίρες, μικρές παρτίδες, χωρίς οργανικά) 1,5 – 2,0 mm, υψηλής-καθαρότητας χαλαζίας Ελάχιστη εναπόθεση. Λεπτό τοίχωμα για γρήγορη απόκριση. U ≈ 450 W/(m2·K).
Ηλεκτρικός χρυσός (υπάρχει αναγωγικός παράγοντας, 60 μοιρών, συνεχής) 3,0 mm, εξετάστε το ενδεχόμενο PTFE Ταχεία εναπόθεση χρυσού. Η διάρκεια ζωής του χαλαζία είναι μικρή ανεξάρτητα από το πάχος. Συνιστάται εναλλακτική θήκη.
Συμπληρωματικές τροποποιήσεις σχεδίασης: Το υπερκαθαρό νερό και ο αυστηρός έλεγχος της μόλυνσης εμποδίζουν τη μείωση του χρυσού. Ο αποκλεισμός φωτός επιβραδύνει τη φωτοχημική μείωση. Ο περιοδικός καθαρισμός με αραιό aqua regia (10%) αφαιρεί τις εναποθέσεις αλλά απαιτεί προφυλάξεις ασφαλείας. Μια γυαλισμένη επιφάνεια μειώνει την πρόσφυση του χρυσού.