In sodium metasilicate (Na₂SiO₃) solutions at 80°C, silicate ions polymerize on titanium surfaces. At pH >A la figura 11, el silicat forma una pel·lícula protectora contínua, no-porosa amb un gruix de 0,5-2 µm. A pH 9, la pel·lícula és porosa, esquerdada i no -protectora, la qual cosa permet que el clorur o altres espècies agressives penetrin i provoquin picades. La diferència sorgeix de l'estat de polimerització dels ions silicat. A pH alt, el silicat existeix com a ions monomèrics SiO₄⁴⁻ que formen una pel·lícula densa i vidriada. A pH més baix, el silicat es polimeritza en cadenes col·loïdals que produeixen una estructura porosa i esquerdada.

El mecanisme de formació de pel·lícules de silicat depenent del pH-

The polymerization of silicate ions follows: SiO₄⁴⁻ + H₂O → HSiO₄³⁻ + OH⁻. At high pH (>11), l'equilibri afavoreix els ions monomèrics, que es dipositen com una pel·lícula de sílice amorfa densa. A pH 9-10, els ions es polimeritzen en estructures semblants a cadenes-que creen una xarxa porosa. La pel·lícula també incorpora ions de sodi, formant un vidre de silicat de sodi. La qualitat protectora ve determinada per la densitat de la pel·lícula i l'absència de micro-esquerdes.

Qualitat quantitativa de la pel·lícula en funció del pH

Les proves controlades al 10% de Na₂SiO₃ a 80 graus durant 500 hores han establert el següent per al titani de grau 2. A pH 8, el gruix de la pel·lícula és de 0,1-0,3 µm, la porositat de la pel·lícula és alta, la taxa de corrosió és de 0,15-0,30 mm per any i hi ha picats. A pH 9, el gruix és de 0,2 a 0,5 µm, la porositat és alta, la taxa de corrosió és de 0,08 a 0,20 mm per any i la picada és ocasional. A pH 10, el gruix és de 0,5 a 1,0 µm, la porositat és moderada, la taxa de corrosió és de 0,04 a 0,10 mm per any i la picada és rara. A pH 11, el gruix és d'1,0 a 1,5 µm, la porositat és baixa, la taxa de corrosió és de 0,02 a 0,05 mm per any i no es produeixen picades. A pH 12, el gruix és d'1,5 a 2,5 µm, la porositat és molt baixa, la taxa de corrosió és de 0,01 a 0,03 mm per any i no es produeixen picades. A pH 13, el gruix és de 2,0–3,0 µm, la porositat és molt baixa, la taxa de corrosió és de 0,005–0,015 mm per any i no es produeix cap picat.

Influència de la temperatura en el requisit de pH

El pH mínim necessari per a una pel·lícula protectora augmenta amb la temperatura. A 60 graus, el pH mínim és 10,5 i el pH recomanat és 11,0. A 80 graus, el mínim és 11,0 i el recomanat és 11,5. A 100 graus, el mínim és 11,5 i el recomanat és 12,0. A 120 graus, el mínim és 12,0 i el recomanat és 12,5. Les temperatures més altes afavoreixen la polimerització dels silicats, que requereixen un pH més alt per mantenir l'estat monomèric.

Guia de control de pH per al servei de metasilicat de sodi

La taula següent ofereix recomanacions per al control del pH per mantenir una pel·lícula protectora de silicat en escalfadors de titani de grau 2 en metasilicat de sodi al 10% a 80 graus.

Enginyeria més enllà del control del pH

El grau de titani afecta el pH requerit. El grau 7 (estabilitzat amb pal·ladi-) forma una pel·lícula protectora de silicat a pH 10,5-11,0, lleugerament inferior al grau 2. El grau 12 ofereix un comportament similar al grau 2. El gruix de la paret proporciona un marge de corrosió si la pel·lícula no és totalment protectora. La concentració de silicats afecta la formació de pel·lícules; al 5% de Na₂SiO₃, el pH requerit és 11,5. A un 15% de Na₂SiO₃, el pH requerit és de 10,5. La presència de clorurs (procedents d'impureses) augmenta el pH requerit entre 0,5 i 1,0 unitats. La solució s'ha de controlar amb un mesurador de pH calibrat per a solucions de pH alt-.

Elaboració d'una especificació informada

Per a un escalfador d'immersió de titani en metasilicat de sodi al 10% a 80 graus, manteniu el pH per sobre d'11,0 afegint hidròxid de sodi. Instal·leu un controlador de pH amb una alarma configurada a 10,8 i un enclavament a 10,5. Per als sistemes existents amb pH inferior a 11, afegiu NaOH per augmentar el pH a 11,5. Si no es pot augmentar el pH, utilitzeu titani de grau 7 o reduïu la temperatura a 60 graus. Durant el funcionament, inspeccioneu la superfície de l'escalfador per detectar-hi picades; si s'observa picat, augmentar el pH immediatament. En controlar el pH per sobre d'11, l'enginyer assegura la formació d'una pel·lícula protectora de silicat no-porosa sobre titani.