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 pH 9 पर क्या होता है?

80 डिग्री पर सोडियम मेटासिलिकेट (Na₂SiO₃) के घोल में, सिलिकेट आयन टाइटेनियम सतहों पर पोलीमराइज़ हो जाते हैं। 11 से ऊपर पीएच मान पर, सिलिकेट से 0.5-2 µm मोटाई की एक सतत, गैर-छिद्रपूर्ण, सुरक्षात्मक फिल्म बनती है। पीएच 9 पर, कोटिंग छिद्रपूर्ण, खंडित और गैर-सुरक्षात्मक होती है और क्लोराइड या अन्य आक्रामक प्रजातियों के प्रवेश और गड्ढे की अनुमति देती है। यह विसंगति सिलिकेट आयनों की पोलीमराइजेशन अवस्था के कारण है। उच्च पीएच पर, सिलिकेट मोनोमेरिक SiO₄⁴⁻ आयनों के रूप में होता है, जो एक घनी कांच जैसी परत बनाते हैं। कम पीएच पर, सिलिकेट पॉलिमराइज़ होकर कोलाइडल श्रृंखला बनाता है जो एक छिद्रपूर्ण खंडित संरचना उत्पन्न करता है।

pH का तंत्र-निर्भर सिलिकेट फिल्म निर्माण

The polymerization of silicate ions SiO4 4- + H2O HSiO4 3- + OH- At high pH (>11) संतुलन मोनोमेरिक आयनों की ओर बढ़ता है जो मोटी अनाकार सिलिका परत के रूप में जमा होते हैं। पीएच 9-10 पर आयन श्रृंखला जैसी संरचनाओं में बहुलकीकृत हो जाते हैं जो एक छिद्रपूर्ण नेटवर्क का निर्माण करते हैं। सोडियम सिलिकेट ग्लास बनाने के लिए फिल्म सोडियम आयनों का भी उपयोग करती है। सुरक्षा की क्षमता फिल्म के घनत्व और माइक्रोक्रैक की अनुपस्थिति से परिभाषित होती है।

पीएच के कार्य के रूप में मात्रात्मक फिल्म गुणवत्ता।

500 घंटों के लिए 80 डिग्री पर 10% Na2SiO3 में नियंत्रित परीक्षण द्वारा ग्रेड 2 टाइटेनियम के लिए निम्नलिखित स्थापित किया गया है: पीएच 8 पर फिल्म की मोटाई 0.1-0.3 µm है, फिल्म की सरंध्रता काफी 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, सरंध्रता मध्यम, संक्षारण दर 0.04-0.10 मिमी/वर्ष और गड्ढा कम होता है। पीएच 11 पर, मोटाई 1.0-1.5 µm है, सरंध्रता न्यूनतम है, संक्षारण दर 0.02-0.05 मिमी/वर्ष है और गड्ढा अनुपस्थित है। मोटाई 1.5-2.5 माइक्रोमीटर है, सरंध्रता बहुत कम है, संक्षारण दर 0.01-0.03 मिमी/वर्ष है और पीएच 12 पर कोई गड्ढा नहीं होता है। पीएच 13 पर, मोटाई 2.0-3.0 माइक्रोमीटर है, सरंध्रता बहुत कम है, संक्षारण दर 0.005-0.015 मिमी/वर्ष है, और कोई गड्ढा नहीं देखा जाता है।

पीएच आवश्यकता पर तापमान का प्रभाव

सुरक्षात्मक फिल्म के लिए महत्वपूर्ण पीएच तापमान पर निर्भर है। 60 डिग्री सेल्सियस पर न्यूनतम पीएच 10.5 है जबकि सुझाया गया पीएच 11.0 है। 80 डिग्री पर, न्यूनतम 11.0 और अनुशंसित 11.5 है। 100 डिग्री पर न्यूनतम 11.5 है और सुझाव 12.0 है। न्यूनतम 12.0 है और 120 डिग्री सेल्सियस पर 12.5 अनुशंसित है। अधिक तापमान सिलिकेट पोलीमराइजेशन को बढ़ावा देता है और इसलिए सिलिकेट्स को मोनोमेरिक रूप में रखने के लिए अधिक पीएच की आवश्यकता होती है।

सोडियम मेटासिलिकेट सेवा पीएच नियंत्रण गाइड

नीचे दी गई 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 एक मार्गदर्शिका है।

pH of Operation Film Quality Corrosion Rate (mm/year)Pitting Risk Recommended Action >11 सुरक्षात्मक<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 गैर-सुरक्षात्मक 0.15–0.30 उच्च रीडिज़ाइन समाधान<8 Unstable >0.30 गंभीर स्वीकार्य नहीं
पीएच नियंत्रण पर इंजीनियरिंग

आवश्यक पीएच टाइटेनियम ग्रेड द्वारा निर्धारित होता है। ग्रेड 7 (पैलेडियम स्थिरीकृत) पीएच 10.5 से 11.0 पर एक सुरक्षात्मक सिलिकेट कोटिंग उत्पन्न करता है, जो ग्रेड 2 से कुछ कम है। ग्रेड 2 ग्रेड 12 के समान है। यदि फिल्म पूरी तरह से सुरक्षात्मक नहीं है तो दीवार की मोटाई संक्षारण भत्ता प्रदान करती है। फिल्म निर्माण Na 2 SiO 3 की सिलिकेट सामग्री . 5% से प्रभावित होता है जिसके लिए 11.5 pH की आवश्यकता होती है। 15% Na2SiO3 पर आवश्यक pH 10.5 है। क्लोराइड (अशुद्धियों से) पीएच आवश्यकता को 0.5 से 1.0 पीएच इकाई तक बढ़ा देते हैं। समाधान की निगरानी के लिए उच्च पीएच के लिए कैलिब्रेटेड पीएच मीटर का उपयोग किया जाना चाहिए।

ज्ञान के साथ एक विशिष्टता बनाना

80 डिग्री पर 10% सोडियम मेटासिलिकेट में टाइटेनियम विसर्जन हीटर के लिए 11.0 से ऊपर पीएच बनाए रखने के लिए सोडियम हाइड्रॉक्साइड जोड़ें। 10.8 पर अलार्म और 10.5 पर इंटरलॉक वाला पीएच नियंत्रक स्थापित करें। पीएच को 11.5 तक बढ़ाने के लिए 11 से नीचे पीएच वाले मौजूदा सिस्टम में 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 हीटर की सतह पर गड्ढे की जाँच करें। यदि गड्ढा दिखाई दे तो तुरंत पीएच बढ़ाएं। इंजीनियर टाइटेनियम के ऊपर एक सुरक्षात्मक, गैर-छिद्रपूर्ण सिलिकेट कोटिंग विकसित करने के लिए पीएच को 11 से ऊपर बनाए रखता है।