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, và Điều gì xảy ra ở độ pH 9?

Trong dung dịch natri metasilicate (Na₂SiO₃) ở 80 độ, các ion silicat trùng hợp trên bề mặt titan. Ở giá trị pH trên 11, một màng bảo vệ liên tục, không{3} xốp có độ dày 0,5–2 µm được hình thành từ silicat. Ở độ pH 9, lớp phủ xốp, dễ gãy và không{8}}có tính bảo vệ, đồng thời cho phép clorua hoặc các chất xâm thực khác xâm nhập và gây rỗ. Sự khác biệt là do trạng thái trùng hợp của các ion silicat. Ở độ pH cao, silicat xuất hiện dưới dạng các ion SiO₄⁴⁻ đơn phân, tạo ra một lớp thủy tinh dày đặc. Ở độ pH thấp, silicat trùng hợp để tạo thành chuỗi keo tạo ra cấu trúc nứt xốp.

Cơ chế hình thành màng silicat phụ thuộc vào độ pH-

The polymerization of silicate ions SiO4 4- + H2O HSiO4 3- + OH- At high pH (>11) trạng thái cân bằng chuyển sang các ion đơn phân lắng đọng dưới dạng lớp silica vô định hình dày. Ở độ pH 9-10, các ion polyme hóa thành các cấu trúc dạng chuỗi tạo nên mạng lưới xốp. Màng này cũng sử dụng các ion natri để tạo ra thủy tinh natri silicat. Khả năng bảo vệ được xác định bởi mật độ của màng và không có vết nứt nhỏ.

Chất lượng màng định lượng là một hàm của độ pH.

Những điều sau đây đã được thiết lập đối với titan Loại 2 bằng thử nghiệm có kiểm soát trong 10% Na2SiO3 ở 80 độ trong 500 giờ: Ở pH 8, độ dày của màng là 0,1-0,3 µm, độ xốp của màng rất đáng kể, tốc độ ăn mòn là 0,15-0,30 mm mỗi năm và tồn tại vết rỗ. Ở pH 9, độ dày là 0,2–0,5 µm, độ xốp cao, tốc độ ăn mòn 0,08–0,20 mm mỗi năm và thỉnh thoảng bị rỗ. Ở pH 10, độ dày 0,5–1,0 µm, độ xốp vừa phải, tốc độ ăn mòn 0,04–0,10 mm/năm và hiếm khi bị rỗ. Ở pH 11, độ dày là 1,0–1,5 µm, độ xốp tối thiểu, tốc độ ăn mòn là 0,02–0,05 mm/năm và không có hiện tượng rỗ. Độ dày 1,5-2,5 μm, độ xốp rất thấp, tốc độ ăn mòn 0,01-0,03 mm/năm và không xảy ra hiện tượng rỗ ở pH 12. Ở pH 13, độ dày là 2,0–3,0 μm, độ xốp rất thấp, tốc độ ăn mòn là 0,005–0,015 mm/năm và không quan sát thấy hiện tượng rỗ.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến yêu cầu pH

Độ pH tới hạn của màng bảo vệ phụ thuộc vào nhiệt độ. Độ pH tối thiểu là 10,5 ở 60 o C trong khi độ pH được đề xuất là 11,0. Ở 80 độ, tối thiểu là 11,0 và khuyến nghị là 11,5. Tối thiểu là 11,5 ở 100 độ và đề xuất là 12,0. Tối thiểu là 12,0 và khuyến nghị là 12,5 ở 120 độ C. Nhiệt độ càng cao càng thuận lợi cho quá trình trùng hợp silicat và do đó cần độ pH lớn hơn để giữ silicat ở dạng đơn phân.

Hướng dẫn kiểm soát độ pH của dịch vụ Natri Metasilicate

Bảng dưới đây là hướng dẫn kiểm soát độ pH để duy trì màng silicat bảo vệ trên bộ gia nhiệt titan Cấp 2 trong natri metasilicate 10% ở 80 độ.

pH of Operation Film Quality Corrosion Rate (mm/year)Pitting Risk Recommended Action >11 Bảo vệ<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 >Giải pháp thiết kế lại cao 11 8–9 Không-bảo vệ 0,15–0,30<8 Unstable >0,30 Nghiêm trọng Không chấp nhận được
Kỹ thuật kiểm soát độ pH

Độ pH cần thiết được quyết định bởi loại titan. Lớp 7 (palađi{2}}được ổn định) tạo ra lớp phủ silicat bảo vệ ở độ pH từ 10,5 đến 11,0, thấp hơn một chút so với Lớp 2. Lớp 2 giống như Lớp 12. Độ dày của thành có khả năng chống ăn mòn nếu màng không có khả năng bảo vệ tuyệt đối. Sự hình thành màng bị ảnh hưởng bởi hàm lượng silicat. 5% của Na 2 SiO 3 yêu cầu độ pH là 11,5. Ở Na2SiO3 15% độ pH cần thiết là 10,5. Clorua (từ tạp chất) làm tăng yêu cầu pH từ 0,5 đến 1,0 đơn vị pH. Nên sử dụng máy đo pH được hiệu chuẩn cho độ pH cao để theo dõi dung dịch.

Tạo thông số kỹ thuật bằng kiến ​​thức

Thêm natri hydroxit để duy trì độ pH trên 11,0 cho lò sưởi ngâm titan trong natri metasilicate 10% ở 80 độ. Cài đặt bộ điều khiển pH có cảnh báo ở mức 10,8 và khóa liên động ở mức 10,5. Thêm NaOH vào các hệ thống hiện có có độ pH dưới 11 để nâng độ pH lên 11,5. Nếu không thể tăng pH thì sử dụng titan cấp 7 hoặc hạ nhiệt độ xuống 60 độ. Kiểm tra vết rỗ trên bề mặt lò sưởi trong quá trình vận hành. Ngay lập tức tăng độ pH nếu thấy rỗ. Kỹ sư duy trì độ pH trên 11 để phát triển lớp phủ silicat bảo vệ, không{14}}xốp trên titan.