Welke onzuiverheid (nitraat, nitriet of ammoniak) is het meest agressief tegenover de passieve film voor een titanium verwarmingsspiraal die wordt gebruikt om 60 graden te behouden in een 5% natriumthiosulfaatoplossing?

Oplossingen van natriumthiosulfaat (Na2S2O3) bij een concentratie van 60 graden en 5% worden gebruikt bij fotografische fixatie, gouduitloging en dechlorering. De passieve film op titanium is doorgaans stabiel in zuiver thiosulfaat. Verontreinigingen uit stroomopwaartse processen zoals nitraat (NO3−), nitriet (NO2−) of ammoniak (NH3) kunnen de film echter destabiliseren. Hiervan is nitriet de meest agressieve verontreiniging in thiosulfaat bij 60 graden, richting de passieve titaniumfilm. Nitriet functioneert als reductiemiddel in neutrale tot zure omstandigheden en kan titaniumoxide reduceren tot lagere valentietoestanden, wat mogelijk kan leiden tot actieve corrosieplaatsen. Nitraat is minder agressief en vereist hogere temperaturen voor reductie. Ammoniak kan titaniumionen complexeren, maar is bij deze temperatuur goedaardig in thiosulfaat.

Mechanisme voor afbraak van de passieve film door nitriet

Nitrietionen (NO 2 −) worden gereduceerd op het titaniumoppervlak in de reactie NO 2 − + 6H + + 5e −=½N 2 + 3H 2 O in thiosulfaatoplossing bij pH 7–8. Dit maakt gebruik van protonen en verhoogt zo de lokale pH. Cruciaal is echter dat het reductietussenproduct (NO) TiO2 chemisch kan omzetten in Ti2O3 of Ti. Het lagere oxide heeft een betere elektrische geleidbaarheid en een lagere weerstand tegen corrosie. De passieve film wordt doorlaatbaar en verliest zijn beschermende karakter. Pitting begint bij defecten in de film. Nitriet is ongeveer 10 keer agressiever dan nitraat, terwijl ammoniak bij dezelfde concentratie ongeveer 20 keer agressiever is dan nitriet.

Kwantitatieve agressiviteit van verschillende onzuiverheden in thiosulfaatoplossing

Het corrosiegedrag van titanium van graad 2 is aangetoond door gecontroleerde testen met 5% natriumthiosulfaat bij 60°C met een pH van 7,5 en 100 ppm van elke onzuiverheid afzonderlijk geïntroduceerd over een periode van 1000 uur. De corrosiesnelheid bedraagt ​​0,005–0,010 mm per jaar zonder putvorming en stabiele passieve film, zonder onzuiverheid als basislijn. De corrosiesnelheid neemt lichtjes toe tot 0,010-0,020 mm/jaar bij 100 ppm nitraat, maar er wordt geen putvorming waargenomen, wat wijst op een lage agressiviteit. De corrosiesnelheid bedraagt ​​0,008–0,015 mm per jaar in aanwezigheid van 100 ppm ammoniak, zonder putvorming, waardoor een oplosbaar Ti(NH₃)₆³⁺-complex wordt gevormd, maar in een langzaam tempo, wat een lage tot matige agressiviteit vertegenwoordigt. Bij 50 ppm nitriet neemt de corrosiesnelheid toe tot 0,05–0,1 mm/jaar met een putdichtheid van 5–10 putjes/cm² na 1000 uur, wat wijst op een matige agressiviteit. De corrosiesnelheid is hoog: 0,15–0,30 mm/jaar, 20–50 putten/cm² en een putdiepte van 0,1–0,3 mm bij 100 ppm nitriet. Bij 500 ppm nitriet bedraagt ​​de corrosiesnelheid 0,50-1,00 mm per jaar, met ernstige putvorming die niet aanvaardbaar is.

Agressiviteitsrangschikking als functie van de onzuiverheidsconcentratie en pH

De rangorde van de agressiviteit van de onzuiverheden is identiek voor verschillende concentraties en pH-waarden. Bij een onzuiverheid van 100 ppm en een pH van 7,5 is het nitraat laag, de ammoniak laag tot matig en het nitriet aanzienlijk. Bij een onzuiverheid van 500 ppm en een pH van 7,5 is nitraat matig met een corrosiesnelheid van 0,020–0,040 mm per jaar en zonder putvorming, ammoniak is laag tot matig met een corrosiesnelheid van 0,020–0,035 mm per jaar en met 0–5 putjes per cm², en nitriet is ernstig met een corrosiesnelheid van 0,50–1,00 mm per jaar en met uitgebreide putvorming. Bij pH 9,0 met 100 ppm nitriet neemt de corrosiesnelheid af tot 0,080-0,150 mm per jaar met een putdichtheid van 5-15 putjes per cm2 . De stijging van de pH vermindert de agressiviteit van nitriet. Bij pH 9,0 met 500 ppm nitriet is dit 0,20–0,40 mm/jaar met aanzienlijke putjes.

Controle van onzuiverheden in thiosulfaatverwarmers

De onderstaande tabel toont de maximaal toegestane niveaus voor onzuiverheden in titaniumverwarmers van klasse 2 die worden gebruikt in 5% natriumthiosulfaat bij 60 graden voor een levensduur van 5 jaar, evenals de monitoringfrequenties en verzachtende technieken.

Onzuiverheid Max. Toegestane concentratie (ppm) Controlefrequentie Beperking bij overschrijding Nitraat (NO₃⁻) 500 Maandelijks Oplossing verdunnen of vervangen
Ammonia (NH3) 200 Monthly Raise pH to >8 (vermindert de werking van ammoniak)
Nitriet (NO2-) 20 Wekelijks Voeg natriumazide toe (10 ppm) om nitrieten te verwijderen
Techniek die verder gaat dan de controle over onzuiverheden en kwaliteitselectie

Tolerantie voor nitrietverontreiniging is afhankelijk van de titaniumkwaliteit. Graad 7 (palladium gestabiliseerd) heeft een 2-3 keer betere nitriettolerantie, waardoor een maximum van 50 ppm mogelijk is voor een levensduur van 5 jaar, omdat nitriet door palladiumkatalyse wordt gereduceerd tot stikstofgas zonder schade aan de film. Graad 12 heeft een gemiddelde voortgang. Wanddikte zorgt voor corrosietoeslag. Een wand van 2,0 mm met putjes van 0,15 mm/jaar vanaf 100 ppm nitriet gaat 13 jaar mee. De pH van het thiosulfaat is belangrijk. Door de pH boven de 8 te houden, wordt de agressiviteit van nitriet aanzienlijk verminderd door een deel van NO₂⁻ om te zetten in het minder agressieve NO₃⁻. De nitrietsynthese door de reductie van nitraat wordt verminderd door stikstof door te blazen om zuurstof te elimineren. Voeg periodiek 100 ppm natriumsulfiet toe om nitriet te verlagen tot stikstofgas.

Een specificatie geïnformeerd

Voor een titanium verwarmingsspiraal in 5% natriumthiosulfaat bij 60 graden moet de nitrietconcentratie onder de 20 ppm voor klasse 2 of onder de 50 ppm voor graad 7 worden gehouden. Wekelijkse controleoplossing met behulp van ionchromatografie of nitrietteststrips. Monteer een koolstoffilter in de watertoevoer om nitraat en nitriet te verwijderen voordat thiosulfaat wordt toegevoegd. Als het nitrietniveau in het systeem tussen 20 en 100 ppm ligt, voeg dan 10 ppm natriumazide of 100 ppm natriumsulfiet toe om het nitriet te vernietigen of verhoog de pH tot 9 met natriumhydroxide. De ingenieur kan passieve filmafbraak en putvorming in titaniumverwarmers met thiosulfaat voorkomen door de meest agressieve verontreiniging, nitriet, onder controle te houden.