Đối với Lò sưởi ngâm Titan trong dung dịch Natri Persulfate 5% ở 50 độ, tại sao Ion Persulfate không thụ động được Titan mặc dù là chất oxy hóa mạnh mà thay vào đó lại gây ra sự hòa tan xuyên qua?

Natri Persulfate (Na₂S₂O₈) là một chất oxy hóa mạnh, có khả năng khử tiêu chuẩn đối với S₂O₈²⁻/SO₄2⁻ là 2,01 V, cao hơn so với axit nitric. Trong trường hợp của titan, persulfate gây ra sự hòa tan xuyên qua hơn là sự thụ động kéo dài. Ở 50 độ C, thế năng oxy hóa mạnh sẽ di chuyển bề mặt titan vào vùng truyền qua trên 1,8 V so với điện cực hydro thông thường, nơi lớp thụ động bị phá vỡ và titan hòa tan dưới dạng Ti 4 + với tốc độ 0,2–0,5 mm mỗi năm. Sự hòa tan xuyên qua là đồng đều, không rỗ. Nhưng tốc độ ăn mòn quá cao đối với hầu hết các ứng dụng.

Cơ chế hòa tan xuyên qua gây ra bởi Persulfate

Titan có vùng thụ động ổn định trong khoảng từ 0 V đến 1,8 V. Ở điện thế trên 1,8 V, màng TiO2 bị oxy hóa thành các loại Ti 4 + hòa tan: TiO2 + 2H2O → Ti 4 + + 4OH - + 2e - . Điện thế tổng hợp của titan trong persulfate, một chất oxy hóa rất mạnh, là 1,7-2,0V. Trong phạm vi này, dòng hòa tan xuyên qua lớn. Ăn mòn xảy ra đồng đều vì toàn bộ bề mặt nằm trong vùng xuyên qua. Không xảy ra hiện tượng vỡ cục bộ nhưng màng vẫn bị hòa tan liên tục.

Nồng độ Persulfate Tỷ lệ ăn mòn định lượng là hàm số của

Trong trường hợp titan cấp 2, những điều sau đây đã được thiết lập trong quá trình thử nghiệm có kiểm soát trong natri sunfat ở nhiệt độ 50 độ trong 500 giờ. Ở mức 0% persulfate (đường cơ sở), tốc độ ăn mòn là 0,005–0,010 mm/năm, điện thế bề mặt là 0,2–0,5 V và cơ chế thụ động. 1% persulphate 0,05-0,12 mm/năm 1,2-1,5 V Tỷ lệ lưu huỳnh hỗn hợp 3% 0,12-0,25 mm/năm Tiềm năng 1,5-1,7 V Cơ chế Khởi đầu xuyên qua Ở nồng độ 5% persulfate, tốc độ là 0,20-0,40 mm/năm, điện thế là 1,7-1,9 V và cơ chế là xuyên qua. Tốc độ là 0,35–0,60 mm/năm ở mức 10% lưu huỳnh, điện thế là 1,8–2,0 V và cơ chế truyền qua nghiêm trọng.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình chuyển đổi ngang

Ở nhiệt độ cao hơn, vùng xuyên qua chuyển sang điện thế thấp hơn. Tốc độ ăn mòn là xuyên qua và là 0,10–0,20 mm/năm ở 25 độ và 5% persulfate. Nó phát triển 0,15–0,30 mm mỗi năm ở 40 độ. Tỷ lệ này là 0,20-0,40 mm/năm ở 50 độ. Tốc độ là 0,30–0,60 mm mỗi năm ở 60 độ. Tỷ lệ này lớn hơn 0,5 mm/năm ở nhiệt độ trên 70 độ. Nhiệt độ càng cao thì sự hòa tan xuyên qua càng nghiêm trọng.
**Hướng dẫn lựa chọn vật liệu trong dịch vụ Persulfate

Bảng sau đây đưa ra các khuyến nghị về việc đun nóng dung dịch natri persulfat theo nồng độ và nhiệt độ.

Nồng độ Persulfate (%) Nhiệt độ (độ) Cấp 2 Tốc độ ăn mòn (mm/năm) Tốc độ ăn mòn (mm/năm) Cấp 7 Vật liệu khuyến nghị<1 50 0.05–0.10 0.03–0.06 Grade 7 with thick wall 1–3 40 0.08–0.15 0.05–0.10 PTFE-coated titanium 1–3 50 0.12–0.25Not recommended for titanium 3–5 30 0.10–0.20 0.06–0.12 Tantalum or PTFE >5 Any >0.20 >0,12 Tantalum hoặc PTFE
Lựa chọn về Titan và Ngoài Kỹ thuật

Tỷ lệ hòa tan xuyên qua của Lớp 7 thấp hơn một chút so với Lớp 2 (giảm 30–50%) do làm giàu paladi, tuy nhiên sự cải thiện này là không đủ để làm cho titan thích hợp cho dịch vụ lưu huỳnh. Độ dày của tường được đưa ra cho phép ăn mòn. Với tường 2,0 mm và độ ăn mòn 0,20 mm mỗi năm, tường sẽ tồn tại được 10 năm nhưng điều này không đáng kể. Lò sưởi titan phủ PTFE mang lại khả năng chống chịu tốt và giữ cho kim loại cách ly khỏi dung dịch sunfat. Tantalum thể hiện phạm vi thụ động cao hơn nhiều và có khả năng kháng sunfat. Zirconium cũng hoạt động tốt nhưng đắt tiền.

Sự tự tin về đặc điểm kỹ thuật

Tốc độ ăn mòn dự đoán đối với lò sưởi ngâm titan trong natri sunfat 5% ở 50 độ là 0,20–0,40 mm mỗi năm, quá cao để sử dụng lâu dài. Sử dụng lò sưởi titan phủ PTFE hoặc lò sưởi tantalum . 0.5 mm PTFE Độ dày thành phải là 2,5 mm, nếu cần titan, nồng độ lưu huỳnh phải được giữ ở mức 2% và nhiệt độ ở 40 độ. Kiểm tra độ dày của lò sưởi mỗi năm một lần khi vận hành. Khi độ dày của tường là 1,0 mm, hãy thay bộ sưởi. Biết rằng Persulfate là chất hòa tan xuyên qua chứ không phải chất thụ động, kỹ sư chọn vật liệu phù hợp cho môi trường oxy hóa khắc nghiệt này.