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, और पीएच 9 पर क्या होता है?
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In sodium metasilicate (Na₂SiO₃) solutions at 80°C, silicate ions polymerize on titanium surfaces. At pH >11, सिलिकेट 0.5-2 µm की मोटाई के साथ एक सतत, गैर-छिद्रपूर्ण, सुरक्षात्मक फिल्म बनाता है। पीएच 9 पर, फिल्म छिद्रपूर्ण, टूटी हुई और गैर-सुरक्षात्मक होती है, जो क्लोराइड या अन्य आक्रामक प्रजातियों को प्रवेश करने और गड्ढे पैदा करने की अनुमति देती है। यह अंतर सिलिकेट आयनों की पोलीमराइज़ेशन अवस्था से उत्पन्न होता है। उच्च पीएच पर, सिलिकेट मोनोमेरिक SiO₄⁴⁻ आयनों के रूप में मौजूद होता है जो एक घनी, कांच जैसी फिल्म बनाते हैं। कम पीएच पर, सिलिकेट कोलाइडल श्रृंखलाओं में पोलीमराइज़ हो जाता है जो एक छिद्रपूर्ण, टूटी हुई संरचना का निर्माण करता है।
pH का तंत्र-निर्भर सिलिकेट फिल्म निर्माण
The polymerization of silicate ions follows: SiO₄⁴⁻ + H₂O → HSiO₄³⁻ + OH⁻. At high pH (>11), संतुलन मोनोमेरिक आयनों का पक्ष लेता है, जो घने अनाकार सिलिका फिल्म के रूप में जमा होते हैं। पीएच 9-10 पर, आयन श्रृंखला जैसी संरचनाओं में पोलीमराइज़ हो जाते हैं जो एक छिद्रपूर्ण नेटवर्क बनाते हैं। फिल्म में सोडियम आयन भी शामिल होते हैं, जिससे सोडियम सिलिकेट ग्लास बनता है। सुरक्षात्मक गुणवत्ता फिल्म के घनत्व और सूक्ष्म दरारों की अनुपस्थिति से निर्धारित होती है।
पीएच के कार्य के रूप में मात्रात्मक फिल्म गुणवत्ता
500 घंटों में 80 डिग्री पर 10% Na₂SiO₃ में नियंत्रित परीक्षण ने ग्रेड 2 टाइटेनियम के लिए निम्नलिखित स्थापित किया है। पीएच 8 पर, फिल्म की मोटाई 0.1-0.3 µm है, फिल्म की सरंध्रता अधिक है, संक्षारण दर 0.15-0.30 मिमी प्रति वर्ष है, और गड्ढा मौजूद है। पीएच 9 पर, मोटाई 0.2-0.5 µm है, सरंध्रता अधिक है, संक्षारण दर 0.08-0.20 मिमी प्रति वर्ष है, और गड्ढा कभी-कभी होता है। पीएच 10 पर, मोटाई 0.5-1.0 µm है, सरंध्रता मध्यम है, संक्षारण दर 0.04-0.10 मिमी प्रति वर्ष है, और गड्ढा दुर्लभ है। पीएच 11 पर, मोटाई 1.0-1.5 µm है, सरंध्रता कम है, संक्षारण दर 0.02-0.05 मिमी प्रति वर्ष है, और कोई गड्ढा नहीं होता है। पीएच 12 पर, मोटाई 1.5-2.5 µm है, सरंध्रता बहुत कम है, संक्षारण दर 0.01-0.03 मिमी प्रति वर्ष है, और कोई गड्ढा नहीं होता है। पीएच 13 पर, मोटाई 2.0-3.0 µm है, सरंध्रता बहुत कम है, संक्षारण दर 0.005-0.015 मिमी प्रति वर्ष है, और कोई गड्ढा नहीं होता है।
पीएच आवश्यकता पर तापमान का प्रभाव
एक सुरक्षात्मक फिल्म के लिए आवश्यक न्यूनतम पीएच तापमान के साथ बढ़ता है। 60 डिग्री पर, न्यूनतम पीएच 10.5 है, और अनुशंसित पीएच 11.0 है। 80 डिग्री पर, न्यूनतम 11.0 है, और अनुशंसित 11.5 है। 100 डिग्री पर, न्यूनतम 11.5 है, और अनुशंसित 12.0 है। 120 डिग्री पर, न्यूनतम 12.0 है, और अनुशंसित 12.5 है। उच्च तापमान सिलिकेट पोलीमराइजेशन को बढ़ावा देता है, जिससे मोनोमेरिक अवस्था को बनाए रखने के लिए उच्च पीएच की आवश्यकता होती है।
सोडियम मेटासिलिकेट सेवा के लिए पीएच नियंत्रण गाइड
निम्न तालिका 80 डिग्री पर 10% सोडियम मेटासिलिकेट में ग्रेड 2 टाइटेनियम हीटरों पर एक सुरक्षात्मक सिलिकेट फिल्म बनाए रखने के लिए पीएच नियंत्रण के लिए सिफारिशें प्रदान करती है।
| ऑपरेटिंग पीएच | फिल्म की गुणवत्ता | संक्षारण दर (मिमी/वर्ष) | गड्ढा खोदने का जोखिम | अनुशंसित कार्रवाई |
|---|---|---|---|---|
| >11 | रक्षात्मक | <0.05 | कोई नहीं | कोई नहीं |
| 10–11 | सीमांत | 0.05–0.10 | कम | NaOH के साथ pH बढ़ाएँ |
| 9–10 | गरीब, झरझरा | 0.10–0.20 | मध्यम | Add NaOH to raise to >11 |
| 8–9 | गैर-सुरक्षात्मक | 0.15–0.30 | उच्च | पुनः डिज़ाइन समाधान |
| <8 | अस्थिर | >0.30 | गंभीर | स्वीकार्य नहीं |
पीएच नियंत्रण से परे इंजीनियरिंग
टाइटेनियम ग्रेड आवश्यक pH को प्रभावित करता है। ग्रेड 7 (पैलेडियम स्थिर) पीएच 10.5-11.0 पर एक सुरक्षात्मक सिलिकेट फिल्म बनाता है, जो ग्रेड 2 से थोड़ा कम है। ग्रेड 12 ग्रेड 2 के समान व्यवहार प्रदान करता है। यदि फिल्म पूरी तरह से सुरक्षात्मक नहीं है तो दीवार की मोटाई संक्षारण भत्ता प्रदान करती है। सिलिकेट सांद्रता फिल्म निर्माण को प्रभावित करती है; 5% Na₂SiO₃ पर, आवश्यक pH 11.5 है। 15% Na₂SiO₃ पर, आवश्यक pH 10.5 है। क्लोराइड की उपस्थिति (अशुद्धियों से) आवश्यक पीएच को 0.5-1.0 इकाइयों तक बढ़ा देती है। घोल की निगरानी उच्च-पीएच घोल के लिए कैलिब्रेटेड पीएच मीटर से की जानी चाहिए।
एक सूचित विशिष्टता बनाना
80 डिग्री पर 10% सोडियम मेटासिलिकेट में टाइटेनियम विसर्जन हीटर के लिए, सोडियम हाइड्रॉक्साइड जोड़कर पीएच 11.0 से ऊपर बनाए रखें। 10.8 पर अलार्म सेट और 10.5 पर इंटरलॉक के साथ एक पीएच नियंत्रक स्थापित करें। 11 से नीचे pH वाले मौजूदा सिस्टम के लिए, pH को 11.5 तक बढ़ाने के लिए NaOH जोड़ें। यदि पीएच नहीं बढ़ाया जा सकता है, तो ग्रेड 7 टाइटेनियम का उपयोग करें या तापमान को 60 डिग्री तक कम करें। ऑपरेशन के दौरान, गड्ढे के लिए हीटर की सतह का निरीक्षण करें; यदि गड्ढा दिखाई दे तो तुरंत पीएच बढ़ाएँ। 11 से ऊपर पीएच को नियंत्रित करके, इंजीनियर टाइटेनियम पर एक सुरक्षात्मक, गैर-छिद्रपूर्ण सिलिकेट फिल्म का निर्माण सुनिश्चित करता है।
