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, en wat gebeurt er bij pH 9?
Laat een bericht achter
In oplossingen van natriummetasilicaat (Na₂SiO₃) bij 80 graden polymeriseren silicaationen op titaniumoppervlakken. Bij pH-waarden boven de 11 wordt uit het silicaat een continue, niet-poreuze, beschermende film met een dikte van 0,5–2 µm gevormd. Bij pH 9 is de coating poreus, gebroken en niet-beschermend en laat chloride of andere agressieve soorten binnendringen en putjes vormen. De discrepantie is te wijten aan de polymerisatietoestand van de silicaationen. Bij hoge pH komt silicaat voor als monomere SiO₄⁴⁻-ionen, die een dichte glasachtige laag creëren. Bij lage pH polymeriseert het silicaat onder vorming van colloïdale ketens die een poreuze gebroken structuur opleveren.
Het mechanisme van pH-afhankelijke silicaatfilmvorming
The polymerization of silicate ions SiO4 4- + H2O HSiO4 3- + OH- At high pH (>11) het evenwicht verplaatst zich naar monomere ionen die zich afzetten als een dikke amorfe silicalaag. Bij pH 9-10 polymeriseren de ionen tot ketenachtige structuren die een poreus netwerk opbouwen. De film maakt ook gebruik van natriumionen om een natriumsilicaatglas te creëren. Het beschermingsvermogen wordt bepaald door de dichtheid van de film en de afwezigheid van microscheuren.
Kwantitatieve filmkwaliteit als functie van de pH.
Het volgende is vastgesteld voor titanium van klasse 2 door gecontroleerde testen in 10% Na2SiO3 bij 80 graden gedurende 500 uur: Bij pH 8 is de dikte van de film 0,1-0,3 µm, de porositeit van de film is aanzienlijk, de corrosiesnelheid is 0,15-0,30 mm per jaar en er is sprake van putvorming. Bij pH 9 is de dikte 0,2–0,5 µm, is de porositeit hoog, de corrosiesnelheid 0,08–0,20 mm per jaar en komt putvorming af en toe voor. Bij pH 10 is de dikte 0,5–1,0 µm, de porositeit matig, de corrosiesnelheid 0,04–0,10 mm/jaar en komt putvorming niet vaak voor. Bij pH 11 is de dikte 1,0–1,5 µm, is de porositeit minimaal, is de corrosiesnelheid 0,02–0,05 mm/jaar en is er geen putvorming. De dikte is 1,5-2,5 μm, de porositeit is zeer laag, de corrosiesnelheid is 0,01-0,03 mm/jaar en er treedt geen putvorming op bij pH 12. Bij pH 13 is de dikte 2,0-3,0 μm, de porositeit is zeer laag, de corrosiesnelheid is 0,005-0,015 mm/jaar en er wordt geen putvorming waargenomen.
Effect van temperatuur op pH-vereiste
De kritische pH voor de beschermende film is temperatuurafhankelijk. De minimale pH is 10,5 bij 60 o C, terwijl de voorgestelde pH 11,0 is. Bij 80 graden is het minimum 11,0 en het aanbevolen 11,5. Het minimum is 11,5 bij 100 graden en het voorgestelde is 12,0. Het minimum is 12,0 en het aanbevolen is 12,5 bij 120°C. Hogere temperaturen bevorderen de silicaatpolymerisatie en vereisen dus een hogere pH om silicaten in monomere vorm te houden.
Natriummetasilicaat Service Gids voor pH-controle
De onderstaande tabel is een richtlijn voor pH-controle om een beschermende silicaatfilm te behouden op titaniumverwarmers van klasse 2 in 10% natriummetasilicaat bij 80 graden.
pH of Operation Film Quality Corrosion Rate (mm/year)Pitting Risk Recommended Action >11 Beschermend<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 Niet-beschermende 0,15–0,30 Hoge herontwerpoplossing<8 Unstable >0,30 Ernstig Niet acceptabel
Techniek boven pH-controle
De vereiste pH wordt bepaald door de titaniumkwaliteit. Graad 7 (palladium-gestabiliseerd) genereert een beschermende silicaatcoating bij een pH van 10,5 tot 11,0, iets lager dan Graad 2. Graad 2 is hetzelfde als Graad 12. De wanddikte biedt voldoende corrosie als de film niet absoluut beschermend is. De filmvorming wordt beïnvloed door het silicaatgehalte. . 5% Na 2 SiO 3 vereist een pH van 11,5. Bij 15% Na2SiO3 is de vereiste pH 10,5. Chloriden (uit onzuiverheden) verhogen de pH-vereiste met 0,5 tot 1,0 pH-eenheid. Om de oplossing te controleren, moet een pH-meter worden gebruikt die is gekalibreerd voor hoge pH.
Een specificatie maken met kennis
Voeg natriumhydroxide toe om de pH boven 11,0 te houden voor een titanium dompelverwarmer in 10% natriummetasilicaat bij 80 graden. Installeer een pH-regelaar met alarm op 10,8 en vergrendeling op 10,5. Voeg NaOH toe aan bestaande systemen met een pH lager dan 11 om de pH naar 11,5 te verhogen. Als de pH niet kan worden verhoogd, gebruik dan titanium van klasse 7 of verlaag de temperatuur tot 60 graden. Controleer tijdens bedrijf op putjes op het verwarmingsoppervlak. Verhoog onmiddellijk de pH als putjes worden waargenomen. De ingenieur houdt de pH boven 11 om een beschermende, niet-poreuze silicaatcoating bovenop titanium te ontwikkelen.
