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 Šta se dešava pri pH 9?

U rastvorima natrijum metasilikata (Na₂SiO₃) na 80 stepeni, silikatni joni polimerizuju na površinama titanijuma. Pri pH vrijednostima iznad 11, od silikata se formira kontinuirani, neporozni, zaštitni film debljine 0,5-2 µm. Na pH 9, premaz je porozan, slomljen i nije -zaštitni i dozvoljava prodiranje hlorida ili drugih agresivnih vrsta i rupa. Nepodudarnost je posljedica stanja polimerizacije silikatnih jona. Pri visokom pH, silikat se javlja kao monomerni SiO₄⁴⁻ joni, koji stvaraju gust staklasti sloj. Pri niskom pH, silikat se polimerizuje dajući koloidne lance koji daju poroznu strukturu fraktura.

Mehanizam formiranja silikatnog filma zavisnog od pH-

The polymerization of silicate ions SiO4 4- + H2O HSiO4 3- + OH- At high pH (>11) ravnoteža se pomiče na monomerne jone koji se talože kao debeli sloj amorfnog silicijum dioksida. Na pH 9-10 joni polimeriziraju u strukture nalik lancima koje stvaraju poroznu mrežu. Film također koristi ione natrija za stvaranje natrijum silikatnog stakla. Sposobnost zaštite definirana je gustinom filma i odsustvom mikropukotina.

Kvantitativni kvalitet filma kao funkcija pH.

Kontrolisanim ispitivanjem u 10% Na2SiO3 na 80 stepeni u trajanju od 500 sati za titanijum stepena 2 utvrđeno je sledeće: Pri pH 8 debljina filma je 0,1-0,3 µm, poroznost filma je značajna, stopa korozije je 0,15-0,30 mm godišnje i postoji pitting godišnje. Pri pH 9, debljina je 0,2–0,5 µm, poroznost je visoka, stopa korozije je 0,08–0,20 mm godišnje, a rupe su povremeno. Pri pH 10, debljina je 0,5–1,0 µm, poroznost je umjerena, brzina korozije 0,04–0,10 mm/godina i rijetka pojava rupica. Pri pH 11, debljina je 1,0–1,5 µm, poroznost je minimalna, brzina korozije je 0,02–0,05 mm/godina i nema rupica. Debljina je 1,5-2,5 μm, poroznost je vrlo niska, stopa korozije je 0,01-0,03 mm/godišnje i ne dolazi do pitinga pri pH 12. Pri pH 13, debljina je 2,0-3,0 μm, poroznost je vrlo mala, stopa korozije je 0,01-0,05 mm/god.

Utjecaj temperature na pH zahtjev

Kritični pH za zaštitni film zavisi od temperature. Minimalni pH je 10,5 na 60 o C dok je preporučeni pH 11,0. Na 80 stepeni minimalno je 11,0, a preporučeno 11,5. Minimum je 11,5 na 100 stepeni, a preporučeni je 12,0. Minimalna vrijednost je 12,0, a preporučena je 12,5 na 120 °C. Više temperature pogoduju polimerizaciji silikata i stoga zahtijevaju veći pH za održavanje silikata u monomernom obliku.

Vodič za pH kontrolu za servis natrijum metasilikata

Tabela ispod je vodič za kontrolu pH za održavanje zaštitnog silikatnog filma na titanijumskim grijačima stepena 2 u 10% natrijum metasilikata na 80 stepeni.

pH of Operation Film Quality Corrosion Rate (mm/year)Pitting Risk Recommended Action >11 Zaštitni<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-nezaštitno 0,15–0,30 High Redisign rješenje<8 Unstable >0,30 Ozbiljno Nije prihvatljivo
Inženjering preko pH kontrole

Potreban pH diktira kvaliteta titanijuma. Stepen 7 (stabiliziran paladijumom) stvara zaštitni silikatni premaz pri pH 10,5 do 11,0, nešto niži od Grade 2. Stepen 2 je isti kao Grade 12. Debljina stijenke daje dopuštenje korozije ako film nije apsolutno zaštitni. Na formiranje filma utiče sadržaj silikata . 5% Na 2 SiO 3 zahteva pH od 11,5. Kod 15% Na2SiO3 potreban pH je 10,5. Hloridi (iz nečistoća) podižu pH zahtjev za 0,5 do 1,0 pH jedinice. Za praćenje otopine treba koristiti pH metar kalibriran za visok pH.

Izrada specifikacije sa znanjem

Dodajte natrijum hidroksid da održite pH iznad 11,0 za titanijumski imerzioni grejač u 10% natrijum metasilikata na 80 stepeni. Instalirajte pH kontroler sa alarmom na 10,8 i blokadom na 10,5. Dodajte NaOH u postojeće sisteme sa pH ispod 11 da biste podigli pH na 11,5. Ako se pH ne može povećati, koristite titanijum stepena 7 ili snizite temperaturu na 60 stepeni. Provjerite ima li udubljenja na površini grijača tokom rada. Odmah povisite pH ako se uoči udubljenje. Inženjer održava pH iznad 11 kako bi razvio zaštitni, neporozni silikatni premaz na titanijumu.