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, ir kas atsitinka, kai pH 9?
Palik žinutę
Natrio metasilikato (Na2SiO₃) tirpaluose 80 laipsnių temperatūroje silikato jonai polimerizuojasi ant titano paviršių. Kai pH vertė viršija 11, iš silikato susidaro ištisinė, ne-akyta 0,5–2 µm storio apsauginė plėvelė. Esant pH 9, danga yra porėta, suskilusi ir neapsaugi, todėl į ją gali prasiskverbti chloridas ar kitos agresyvios medžiagos ir atsirasti duobių. Neatitikimas atsiranda dėl silikato jonų polimerizacijos būsenos. Esant aukštam pH, silikatas susidaro kaip monomeriniai SiO₄⁴⁻ jonai, kurie sukuria tankų stiklinį sluoksnį. Esant žemam pH, silikatas polimerizuojasi, sudarydamas koloidines grandines, kurios sudaro porėtą lūžusią struktūrą.
Nuo pH{0}}priklausomo silikato plėvelės susidarymo mechanizmas
The polymerization of silicate ions SiO4 4- + H2O HSiO4 3- + OH- At high pH (>11) pusiausvyra pereina į monomerinius jonus, kurie nusėda kaip storas amorfinis silicio dioksido sluoksnis. Esant pH 9-10, jonai polimerizuojasi į grandinines struktūras, kurios sudaro porėtą tinklą. Plėvelė taip pat naudoja natrio jonus, kad sukurtų natrio silikatinį stiklą. Apsaugos savybes lemia plėvelės tankis ir mikroįtrūkimų nebuvimas.
Kiekybinė plėvelės kokybė kaip pH funkcija.
2 laipsnio titanui, kontroliuojamu bandymu 10% Na2SiO3 80 laipsnių temperatūroje 500 valandų nustatyta: Esant pH 8 plėvelės storis 0,1-0,3 µm, plėvelės poringumas nemažas, korozijos greitis 0,15-0,30 mm per metus. Esant pH 9, storis yra 0,2–0,5 µm, poringumas didelis, korozijos greitis 0,08–0,20 mm per metus, kartais atsiranda duobių. Esant pH 10, storis 0,5–1,0 µm, poringumas vidutinis, korozijos greitis 0,04–0,10 mm/metus ir nedažnas duobių susidarymas. Esant pH 11, storis 1,0–1,5 µm, poringumas minimalus, korozijos greitis 0,02–0,05 mm/metus ir nėra duobių. Storis 1,5-2,5 μm, akytumas labai mažas, korozijos greitis 0,01-0,03 mm/metus ir duobėjimo nebūna esant pH 12. Esant pH 13, storis 2,0-3,0 μm, poringumas labai mažas, korozijos greitis stebimas 0,015 mm per metus, 0,015 mm.
Temperatūros įtaka pH reikalavimams
Apsauginės plėvelės kritinis pH priklauso nuo temperatūros. Minimalus pH yra 10,5 esant 60 o C temperatūrai, o siūlomas pH yra 11,0. Esant 80 laipsnių kampui, minimalus lygis yra 11,0, o rekomenduojamas – 11,5. Mažiausias yra 11,5 esant 100 laipsnių, o siūlomas yra 12,0. Mažiausias yra 12,0, o rekomenduojamas yra 12,5 esant 120 ° C. Aukštesnė temperatūra palankesnė silikato polimerizacijai, todėl reikia didesnio pH, kad silikatai išliktų monomerinėje formoje.
Natrio metasilikato tarnybos pH kontrolės vadovas
Žemiau esančioje lentelėje pateikiamas pH kontrolės vadovas, siekiant išlaikyti apsauginę silikato plėvelę ant 2 laipsnio titano šildytuvų 10 % natrio metasilikate 80 laipsnių temperatūroje.
pH of Operation Film Quality Corrosion Rate (mm/year)Pitting Risk Recommended Action >11 Apsauginis<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 Ne-apsauginis 0,15–0,30 aukšto pertvarkymo sprendimas<8 Unstable >0,30 Sunkus Nepriimtinas
Inžinerija, viršijanti pH kontrolę
Reikiamą pH padiktuoja titano klasė. 7 laipsnio (paladžio -stabilizuotas) sukuria apsauginę silikato dangą, kurios pH yra 10,5–11,0, o tai yra šiek tiek žemesnė nei 2 klasė. 2 klasė yra tokia pati kaip 12 klasė. Sienelės storis apsaugo nuo korozijos, jei plėvelė nėra visiškai apsaugota. Plėvelės susidarymui įtakos turi silikato kiekis. 5% Na 2 SiO 3, reikalingas pH 11,5. Esant 15% Na2SiO3, reikalingas pH yra 10,5. Chloridai (iš priemaišų) padidina pH poreikį nuo 0,5 iki 1,0 pH vieneto. Tirpalui stebėti reikia naudoti pH metrą, kalibruotą aukštam pH.
Specifikacijos kūrimas su žiniomis
Įpilkite natrio hidroksido, kad titano panardinamasis šildytuvas 10% natrio metasilikate 80 laipsnių temperatūroje palaikytų pH virš 11,0. Įdiekite pH reguliatorių su aliarmu ties 10,8 ir blokuotę ties 10,5. Į esamas sistemas, kurių pH yra mažesnis nei 11, pridėkite NaOH, kad pH pakiltų iki 11,5. Jei pH negalima padidinti, naudokite 7 klasės titaną arba sumažinkite temperatūrą iki 60 laipsnių. Patikrinkite, ar eksploatacijos metu šildytuvo paviršiuje nėra duobių. Nedelsdami padidinkite pH, jei matote duobę. Inžinierius palaiko pH aukštesnį nei 11, kad sukurtų apsauginę, ne{14}}akytas silikato dangą ant titano.
