When a Titanium Immersion Heater Is Installed in a 10% Sodium Metasilicate Solution at 80°C, Why Does the Silicate Ion Form a Protective, Non-Porous Film Only at pH >11, και τι συμβαίνει σε pH 9;

Σε διαλύματα μεταπυριτικού νατρίου (Na2SiO3) στους 80 βαθμούς, τα πυριτικά ιόντα πολυμερίζονται σε επιφάνειες τιτανίου. Σε τιμές pH πάνω από 11, σχηματίζεται από το πυριτικό άλας ένα συνεχές, μη{3}}μη πορώδες, προστατευτικό φιλμ πάχους 0,5–2 μm. Σε pH 9, η επίστρωση είναι πορώδης, σπασμένη και μη-προστατευτική και επιτρέπει τη διείσδυση χλωρίου ή άλλων επιθετικών ειδών και τη δημιουργία κοιλοτήτων. Η απόκλιση οφείλεται στην κατάσταση πολυμερισμού των πυριτικών ιόντων. Σε υψηλό pH, το πυριτικό άλας εμφανίζεται ως μονομερή ιόντα SiO44-, τα οποία δημιουργούν ένα πυκνό υαλώδες στρώμα. Σε χαμηλό pH, το πυριτικό πολυμερίζεται για να δώσει κολλοειδείς αλυσίδες που παράγουν μια πορώδη σπασμένη δομή.

Ο μηχανισμός του pH-Σχηματισμού εξαρτώμενης μεμβράνης πυριτικού άλατος

The polymerization of silicate ions SiO4 4- + H2O HSiO4 3- + OH- At high pH (>11) η ισορροπία μετακινείται σε μονομερή ιόντα που εναποτίθενται ως παχύ άμορφο στρώμα πυριτίου. Σε pH 9-10 τα ιόντα πολυμερίζονται σε δομές που μοιάζουν με αλυσίδα οι οποίες δημιουργούν ένα πορώδες δίκτυο. Το φιλμ χρησιμοποιεί επίσης ιόντα νατρίου για να δημιουργήσει ένα γυαλί πυριτικού νατρίου. Η ικανότητα προστασίας ορίζεται από την πυκνότητα του φιλμ και την απουσία μικρορωγμών.

Ποσοτική ποιότητα φιλμ ως συνάρτηση του pH.

Τα ακόλουθα έχουν καθοριστεί για το τιτάνιο βαθμού 2 με ελεγχόμενη δοκιμή σε 10% Na2SiO3 στους 80 βαθμούς για 500 ώρες: Σε pH 8 το πάχος της μεμβράνης είναι 0,1-0,3 μm, το πορώδες της μεμβράνης είναι σημαντικό, 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 διάτρηση είναι περιστασιακή. Σε pH 10, το πάχος είναι 0,5–1,0 μm, το πορώδες μέτριο, ο ρυθμός διάβρωσης 0,04–0,10 mm/έτος και η διάτρηση σπάνια. Σε pH 11, το πάχος είναι 1,0–1,5 μm, το πορώδες είναι ελάχιστο, ο ρυθμός διάβρωσης είναι 0,02–0,05 mm/έτος και η διάτρηση απουσιάζει. Το πάχος είναι 1,5-2,5 μm, το πορώδες είναι πολύ χαμηλό, ο ρυθμός διάβρωσης είναι 0,01-0,03 mm/έτος και δεν σημειώνεται διάβρωση σε pH 12. Σε pH 13, το πάχος είναι 2,0–3,0 μm, το πορώδες είναι πολύ χαμηλό, ο ρυθμός διάβρωσης είναι 0,015 mm/έτος και ο ρυθμός διάβρωσης είναι 0,0155 mm/0.

Επίδραση της θερμοκρασίας στην απαίτηση pH

Το κρίσιμο pH για το προστατευτικό φιλμ εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Το ελάχιστο pH είναι 10,5 στους 60 o C ενώ το προτεινόμενο pH είναι 11,0. Στις 80 μοίρες, το ελάχιστο είναι 11,0 και το προτεινόμενο 11,5. Το ελάχιστο είναι 11,5 στις 100 μοίρες και το προτεινόμενο είναι 12,0. Το ελάχιστο είναι 12,0 και το συνιστώμενο είναι 12,5 στους 120 βαθμούς C. Οι μεγαλύτερες θερμοκρασίες ευνοούν τον πολυμερισμό πυριτικών και επομένως απαιτούν μεγαλύτερο pH για τη διατήρηση των πυριτικών σε μονομερή μορφή.

Οδηγός ελέγχου pH Service Metasilicate Sodium

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

pH of Operation Film Quality Corrosion Rate (mm/year)Pitting Risk Recommended Action >11 Προστατευτικό<0.05 None None 10–11 Marginal 0.05–0.10 Low Increase pH with NaOH 9–10 Poor, porous 0.10–0.20 Moderate Add NaOH to increase to >11 8–9 Μη-μη προστατευτική λύση 0,15–0,30 υψηλής επανασχεδιασμού<8 Unstable >0,30 Σοβαρή Μη αποδεκτή
Μηχανική πάνω από τον έλεγχο του pH

Το απαιτούμενο pH υπαγορεύεται από την ποιότητα τιτανίου. Ο βαθμός 7 (σταθεροποιημένο παλλάδιο-) δημιουργεί μια προστατευτική επίστρωση πυριτικού άλατος σε pH 10,5 έως 11,0, κάπως χαμηλότερο από τον βαθμό 2. Ο βαθμός 2 είναι ο ίδιος με τον βαθμό 12. Το πάχος του τοιχώματος προσφέρει περιθώριο διάβρωσης εάν το φιλμ δεν είναι απολύτως προστατευτικό. Ο σχηματισμός μεμβράνης επηρεάζεται από την περιεκτικότητα σε πυριτικό άλας. 5% του Na 2 SiO 3 απαιτεί pH 11,5. Στο 15% Na2SiO3 το pH που απαιτείται είναι 10,5. Τα χλωρίδια (από ακαθαρσίες) αυξάνουν την απαίτηση pH κατά 0,5 έως 1,0 μονάδα pH. Για την παρακολούθηση του διαλύματος θα πρέπει να χρησιμοποιείται ένας μετρητής pH βαθμονομημένου για υψηλό pH.

Δημιουργία προδιαγραφών με γνώση

Προσθέστε υδροξείδιο του νατρίου για να διατηρήσετε το pH πάνω από 11,0 για έναν θερμαντήρα εμβάπτισης τιτανίου σε 10% μεταπυριτικό νάτριο στους 80 βαθμούς. Εγκαταστήστε έναν ελεγκτή pH με συναγερμό στο 10,8 και κλείδωμα στο 10,5. Προσθέστε NaOH σε υπάρχοντα συστήματα με pH κάτω από 11 για να αυξήσετε το pH στο 11,5. Εάν το pH δεν μπορεί να αυξηθεί, χρησιμοποιήστε τιτάνιο βαθμού 7 ή χαμηλώστε τη θερμοκρασία στους 60 βαθμούς. Ελέγξτε για οπές στην επιφάνεια του θερμαντήρα κατά τη λειτουργία. Αυξήστε αμέσως το pH εάν παρατηρήσετε κοιλότητα. Ο μηχανικός διατηρεί το pH πάνω από 11 για να αναπτύξει μια προστατευτική, μη{14}απορώδη επίστρωση πυριτίου στην κορυφή του τιτανίου.