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, i què passa a pH 9?
Deixa un missatge
En solucions de metasilicat de sodi (Na₂SiO₃) a 80 graus, els ions de silicat polimeritzen sobre superfícies de titani. A valors de pH superiors a 11, a partir del silicat es forma una pel·lícula protectora contínua, no -porosa, de 0,5-2 µm de gruix. A pH 9, el recobriment és porós, fracturat i no -protector i permet la penetració de clorur o altres espècies agressives i picades. La discrepància es deu a l'estat de polimerització dels ions silicat. A pH alt, el silicat es produeix com a ions monomèrics SiO₄⁴⁻, que creen una capa densa de vidre. A pH baix, el silicat es polimeritza per donar cadenes col·loïdals que donen una estructura fracturada porosa.
El mecanisme de formació de pel·lícules de silicat depenent del pH-
The polymerization of silicate ions SiO4 4- + H2O HSiO4 3- + OH- At high pH (>11) l'equilibri es mou a ions monomèrics que es dipositen com una gruixuda capa de sílice amorfa. A pH 9-10, els ions es polimeritzen en estructures semblants a cadenes que formen una xarxa porosa. La pel·lícula també utilitza ions de sodi per crear un vidre de silicat de sodi. La capacitat de protecció es defineix per la densitat de la pel·lícula i l'absència de microesquerdes.
Qualitat de pel·lícula quantitativa en funció del pH.
S'ha establert el següent per al titani de grau 2 mitjançant proves controlades en 10% de Na2SiO3 a 80 graus durant 500 hores: a pH 8, el gruix de la pel·lícula és de 0,1-0,3 µm, la porositat de la pel·lícula és considerable, 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/any i les picades són poc freqüents. A pH 11, el gruix és d'1,0–1,5 µm, la porositat és mínima, la taxa de corrosió és de 0,02–0,05 mm/any i no hi ha picat. El gruix és d'1,5-2,5 μm, la porositat és molt baixa, la taxa de corrosió és de 0,01-0,03 mm/any i no es produeix cap picat a pH 12. A pH 13, el gruix és de 2,0-3,0 μm, la porositat és molt baixa, la taxa de corrosió és de 0,005-0,005 mm/0.
Efecte de la temperatura sobre el requisit de pH
El pH crític per a la pel·lícula protectora depèn de la temperatura. El pH mínim és 10,5 a 60 o C mentre que el pH suggerit és 11,0. A 80 graus, el mínim és 11,0 i el recomanat 11,5. El mínim és 11,5 a 100 graus i el suggerit és 12,0. El mínim és de 12,0 i el recomanat és de 12,5 a 120 graus C. temperatures més grans afavoreixen la polimerització dels silicats i per tant requereixen un pH més gran per mantenir els silicats en forma monomèrica.
Servei de metasilicat de sodi Guia de control de pH
La taula següent és una guia 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.
pH of Operation Film Quality Corrosion Rate (mm/year)Pitting Risk Recommended Action >11 Protector<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 Solució no-de protecció 0,15–0,30 Alt Redisseny<8 Unstable >0,30 Sever No acceptable
Enginyeria sobre el control del pH
El pH requerit depèn del grau de titani. El grau 7 (estabilitzat amb pal·ladi-) genera un recobriment protector de silicat a pH entre 10,5 i 11,0, una mica més baix que el grau 2. El grau 2 és el mateix que el grau 12. El gruix de la paret ofereix un marge de corrosió si la pel·lícula no és absolutament protectora. La formació de la pel·lícula està influenciada pel contingut de silicat . 5% de Na 2 SiO 3 requereix un pH d'11,5. A un 15% de Na2SiO3 el pH requerit és 10,5. Els clorurs (de les impureses) augmenten el requisit de pH entre 0,5 i 1,0 unitat de pH. S'ha d'utilitzar un mesurador de pH calibrat per a un pH alt per controlar la solució.
Fer una especificació amb coneixement
Afegiu hidròxid de sodi per mantenir el pH per sobre d'11,0 per a un escalfador d'immersió de titani en metasilicat de sodi al 10% a 80 graus. Instal·leu un controlador de pH amb alarma a 10,8 i enclavament a 10,5. Afegiu NaOH als sistemes existents amb un pH inferior a 11 per elevar el pH a 11,5. Si no es pot augmentar el pH, utilitzeu titani de grau 7 o baixeu la temperatura a 60 graus. Comproveu si hi ha picades a la superfície de l'escalfador durant el funcionament. Augmenteu immediatament el pH si es veu la picada. L'enginyer manté el pH per sobre d'11 per desenvolupar un recobriment protector de silicat no-porós sobre titani.
