In sodium metasilicate (Na₂SiO₃) solutions at 80°C, silicate ions polymerize on titanium surfaces. At pH >11, το πυριτικό άλας σχηματίζει μια συνεχή, μη{1}}πορώδη, προστατευτική μεμβράνη με πάχος 0,5–2 μm. Σε pH 9, το φιλμ είναι πορώδες, ραγισμένο και μη-προστατευτικό, επιτρέποντας στο χλώριο ή σε άλλα επιθετικά είδη να διεισδύσουν και να προκαλέσουν κοιλότητες. Η διαφορά προκύπτει από την κατάσταση πολυμερισμού των πυριτικών ιόντων. Σε υψηλό pH, το πυριτικό άλας υπάρχει ως μονομερή ιόντα SiO44- που σχηματίζουν ένα πυκνό, υαλώδες φιλμ. Σε χαμηλότερο pH, το πυριτικό πολυμερίζεται σε κολλοειδείς αλυσίδες που παράγουν μια πορώδη, ραγισμένη δομή.

Ο μηχανισμός του pH-Σχηματισμού εξαρτώμενης μεμβράνης πυριτικού

The polymerization of silicate ions follows: SiO₄⁴⁻ + H₂O → HSiO₄³⁻ + OH⁻. At high pH (>11), η ισορροπία ευνοεί τα μονομερή ιόντα, τα οποία εναποτίθενται ως πυκνή άμορφη μεμβράνη πυριτίου. Σε pH 9–10, τα ιόντα πολυμερίζονται σε δομές που μοιάζουν με αλυσίδα-που δημιουργούν ένα πορώδες δίκτυο. Το φιλμ ενσωματώνει επίσης ιόντα νατρίου, σχηματίζοντας ένα γυαλί πυριτικού νατρίου. Η προστατευτική ποιότητα καθορίζεται από την πυκνότητα του φιλμ και την απουσία μικρο-ρωγμών.

Ποσοτική ποιότητα φιλμ ως συνάρτηση του pH

Η ελεγχόμενη δοκιμή σε 10% Na2SiO3 στους 80 βαθμούς σε διάστημα 500 ωρών έδειξε τα ακόλουθα για το τιτάνιο Βαθμού 2. Σε pH 8, το πάχος της μεμβράνης είναι 0,1–0,3 μm, το πορώδες της μεμβράνης είναι υψηλό, ο ρυθμός διάβρωσης είναι 0,15–0,30 mm ετησίως και υπάρχει διάτρηση. Σε pH 9, το πάχος είναι 0,2–0,5 μm, το πορώδες είναι υψηλό, ο ρυθμός διάβρωσης είναι 0,08–0,20 mm ετησίως και η δημιουργία κοιλοτήτων είναι περιστασιακή. Σε pH 10, το πάχος είναι 0,5–1,0 μm, το πορώδες είναι μέτριο, ο ρυθμός διάβρωσης είναι 0,04–0,10 mm ετησίως και η δημιουργία κοιλοτήτων είναι σπάνια. Σε pH 11, το πάχος είναι 1,0–1,5 μm, το πορώδες είναι χαμηλό, ο ρυθμός διάβρωσης είναι 0,02–0,05 mm ετησίως και δεν παρουσιάζεται διάβρωση. Σε pH 12, το πάχος είναι 1,5–2,5 μm, το πορώδες είναι πολύ χαμηλό, ο ρυθμός διάβρωσης είναι 0,01–0,03 mm ετησίως και δεν παρουσιάζεται διάβρωση. Σε pH 13, το πάχος είναι 2,0–3,0 μm, το πορώδες είναι πολύ χαμηλό, ο ρυθμός διάβρωσης είναι 0,005–0,015 mm ετησίως και δεν παρουσιάζεται διάβρωση.

Επίδραση της θερμοκρασίας στην απαίτηση pH

Το ελάχιστο pH που απαιτείται για μια προστατευτική μεμβράνη αυξάνεται με τη θερμοκρασία. Στους 60 βαθμούς, το ελάχιστο pH είναι 10,5 και το συνιστώμενο pH είναι 11,0. Στις 80 μοίρες, το ελάχιστο είναι 11,0 και το προτεινόμενο είναι 11,5. Στις 100 μοίρες, το ελάχιστο είναι 11,5 και το προτεινόμενο είναι 12,0. Στις 120 μοίρες, το ελάχιστο είναι 12,0 και το προτεινόμενο είναι 12,5. Οι υψηλότερες θερμοκρασίες προάγουν τον πολυμερισμό πυριτικού άλατος, απαιτώντας υψηλότερο pH για τη διατήρηση της μονομερούς κατάστασης.

Οδηγός ελέγχου pH για υπηρεσία μεταπυριτικού νατρίου

Ο παρακάτω πίνακας παρέχει συστάσεις για τον έλεγχο του pH για τη διατήρηση μιας προστατευτικής μεμβράνης πυριτικού σε θερμαντήρες τιτανίου Βαθμού 2 σε μεταπυριτικό νάτριο 10% στους 80 βαθμούς.

Μηχανική πέρα ​​από τον έλεγχο του pH

Ο βαθμός τιτανίου επηρεάζει το απαιτούμενο pH. Ο βαθμός 7 (-σταθεροποιημένο παλλάδιο) σχηματίζει ένα προστατευτικό πυριτικό φιλμ σε pH 10,5–11,0, ελαφρώς χαμηλότερο από το βαθμό 2. Ο βαθμός 12 προσφέρει παρόμοια συμπεριφορά με τον βαθμό 2. Το πάχος του τοιχώματος παρέχει περιθώριο διάβρωσης εάν το φιλμ δεν είναι πλήρως προστατευτικό. Η συγκέντρωση πυριτικού άλατος επηρεάζει το σχηματισμό φιλμ. σε 5% Na2SiO3, το απαιτούμενο ρΗ είναι 11,5. Σε 15% Na2SiO3, το απαιτούμενο ρΗ είναι 10,5. Η παρουσία χλωριδίων (από ακαθαρσίες) αυξάνει το απαιτούμενο pH κατά 0,5–1,0 μονάδες. Το διάλυμα θα πρέπει να παρακολουθείται με ένα μετρητή pH βαθμονομημένο για διαλύματα υψηλού-pH.

Κάνοντας μια ενημερωμένη προδιαγραφή

Για θερμαντήρα εμβάπτισης τιτανίου σε 10% μεταπυριτικό νάτριο στους 80 βαθμούς, διατηρήστε το pH πάνω από 11,0 προσθέτοντας υδροξείδιο του νατρίου. Εγκαταστήστε έναν ελεγκτή pH με συναγερμό ρυθμισμένο στο 10,8 και κλείδωμα στο 10,5. Για υπάρχοντα συστήματα με pH κάτω από 11, προσθέστε NaOH για να αυξήσετε το pH στο 11,5. Εάν το pH δεν μπορεί να αυξηθεί, χρησιμοποιήστε τιτάνιο βαθμού 7 ή μειώστε τη θερμοκρασία στους 60 βαθμούς. Κατά τη λειτουργία, επιθεωρήστε την επιφάνεια του θερμαντήρα για τρύπημα. Εάν παρατηρηθεί δημιουργία κοιλοτήτων, αυξήστε αμέσως το pH. Ελέγχοντας το pH πάνω από 11, ο μηχανικός διασφαλίζει το σχηματισμό ενός προστατευτικού, μη{13}}πυριτικού φιλμ σε τιτάνιο.