Kif il-Preżenza ta 'Traċċa Fluworidu Ijoni f'Soluzzjonijiet ta' Aċidu Fosforiku Tiċċaqlaq il-Limitu tat-Temperatura Operattiva Sikura għall-Għatijiet tat-Titanju ta 'Grad 2?

Aċidu fosforiku kkonċentrat (H₃PO₄) 30-85 % huwa mezz tipiku fil-manifattura tal-fertilizzanti, it-trattament tal-metall u l-ipproċessar kimiku. It-titanju ta 'Grad 2 għandu reżistenza aċċettabbli għall-korrużjoni f'aċidu fosforiku pur sa madwar 80-100 grad, skont il-konċentrazzjoni. Minerali tal-blat tal-fosfat utilizzati fil-manifattura tal-aċidu fosforiku, madankollu, fihom fluorapatite bħala komponent naturali u jikkontribwixxu traċċi ta 'jonji tal-fluworidu (F⁻) għall-prodott tal-aċidu finali fi kwantitajiet bejn 100 u 2,000 ppm. Il-joni tal-fluworidu huma pjuttost ostili għall-film passiv tat-titanju. Fluworidu fi traċċi ta 'kwantitajiet inaqqas drastikament il-limitu tat-temperatura operattiva sikura. Il-fehim ta 'din il-bidla huwa importanti biex jiġi evitat falliment katastrofiku mhux mistenni tal-ħiters ta' immersjoni tat-titanju fl-applikazzjoni tal-aċidu fosforiku.

Mekkaniżmu ta' tqassim tal-passività bil-fluworidu

Fl-aċidu fosforiku pur is-saff TiO2 jagħmel it-titanju stabbli. Dan il-film huwa affettwat minn joni tal-fluworidu b'mekkaniżmu differenti mill-kloruri. Il-joni tat-titanju jiffurmaw kumplessi tal-fluworidu ma 'speċi ta' hexafluorotitanate solubbli (TiF₆²⁻). Dan il-proċess jelimina t-titanju mill-film passiv direttament mingħajr il-ħtieġa għal tqassim tal-film. Ir-reazzjoni hija TiO₂ + 6F⁻ + 4H⁺ → TiF₆²⁻ + 2H₂O. Din ir-reazzjoni tipproċedi b'mod esponenzjali aktar malajr f'temperaturi ogħla. Ladarba l-fluworidu jgħaddi mill-kisja passiva, il-metall tat-titanju sottostanti jinħall u jipprova repassiva. Madankollu, il-fluworidu jkompli jikkumplika jonji tat-titanju li għadhom kif ġew esposti, u jinibixxi r-rikostruzzjoni tal-film stabbli. Għalhekk, bidla minn imġieba passiva għal korrużjoni attiva sseħħ f'limitu ta 'temperatura li jonqos maż-żieda fil-kontenut tal-fluworidu. Ir-rati ta' korrużjoni taħt dan il-limitu huma taħt 0.1 mm/sena. Ir-rati jistgħu jkunu 'l fuq minn 1.0 mm/sena 'l fuq mil-limitu għal żieda fit-temperatura ta' 10-20 grad.

Limitu tat-Temperatura Operattiva Sikura Bidla Kwantitattiva

Limitazzjonijiet siguri tat-temperatura operattiva għat-titanju ta' Grad 2 (definit bħala rata ta' korrużjoni ta' inqas minn 0.1 mm fis-sena) ġew stabbiliti minn testijiet elettrokimiċi kkontrollati f'50% aċidu fosforiku b'konċentrazzjonijiet varjati ta' fluworidu:

Fluworidu mhux individwabbli (<10 ppm) Safe working limit 95° C. Titanium possesses a stable passive film at all practical temperatures of heater operation.

Fluworidu f'50 ppm: Limitu operattiv sikur imnaqqas għal 82 grad. Waqgħa ta' 13-il grad. F'densità ta 'enerġija normali (20 W/cm2), it-temperaturi tal-wiċċ tal-heater jistgħu jilħqu dan il-limitu anke b'aċidu bl-ingrossa f'70 grad.

Fluworidu 200 ppm: Limitu tas-servizz imnaqqas għal 65 grad C. 30 tnaqqis ta' grad. Il-maġġoranza tal-ħiters industrijali tal-aċidu fosforiku li jaħdmu f'temperaturi tal-proċess standard (75-85 grad ) huma fir-reġim ta 'korrużjoni attiva.

Fluworidu 500 ppm: Limitu ta' tħaddim sikur imnaqqas għal 52 grad . 43 grad C cooler. It-temperaturi tal-proċess standard huma 20-30 grad 'il fuq mil-limitu u se jfallu malajr fi żmien ġimgħat.

Fluworidu f'1,000-2,000 ppm: Limitu operattiv sikur naqas għal 35-40 grad. It-titanju ta 'Grad 2 isir inutli għal kwalunkwe applikazzjoni meta jissaħħan. Għandhom jiġu kkunsidrati materjali alternattivi (żirkonju, ħadid fondut tas-silikon għoli).

Bidla fil-Limitu tat-Temperatura fuq Konċentrazzjonijiet ta' Aċidu Fosforiku

L-impatt tal-fluworidu huwa relatat mal-konċentrazzjoni ta 'aċidu fosforiku. Konċentrazzjoni ogħla ta 'aċidu (70-85%) tiġġenera ambjent li jnaqqas aktar u attività ta' ilma ħieles aktar baxxa li tnaqqas ukoll l-aggressjoni tal-fluworidu sa ċertu punt. It-tabella li ġejja hija gwida kompleta tal-limitu operattiv sigur.

Konċentrazzjoni ta' Aċidu Fosforiku Konċentrazzjoni ta' Fluworidu (ppm F-) Limitu Operattiv Sikur għall-Mekkaniżmu ta' Ħsara Komuni tat-Titanju ta' Grad 2
30–40% <50 ppm 85°C Uniform passive thinning (<0.05 mm/yr)
30–40% 50–200 ppm 60°C Accelerated uniform corrosion with pitting 30–40% >200 ppm Not recommended High active corrosion (>1 mm/sena)
50-65% <50 ppm 95°C Passive with occasional metastable pitting 50-65% 50-200 ppm 70°C Fluoride complexation dominates surface chemistry
50–65% 200–500 ppm 55 grad Servizz fraġli li jeħtieġ spezzjoni frekwenti
70-85% < 50 ppm 100 C L-aħjar prestazzjoni passiva tal-każ
70-85% 50-200 ppm 75 grad Adattat għal ħafna applikazzjonijiet ta 'fertilizzant
70-85% 200-500 ppm 60 grad Ħajja ta' servizz qasira (ġeneralment 6-12-il xahar)
70–85% >500 ppm 45 grad Grad 2 mhux xieraq, konsiderazzjoni għall-grad 7 jew zirconia
Implikazzjonijiet prattiċi għat-tħaddim tal-Heater

Il-bidla fit-temperatura operattiva sigura għandha effett dirett fuq l-ispeċifikazzjoni tal-heater. Ħiter stmat għal 85 grad ta 'temperatura ta' aċidu tal-massa se jkollu temperatura tal-wiċċ 15-il grad ogħla (minħabba l-fluss tas-sħana), li jilħaq 100 grad fl-interface tal-fluwidu tat-titanju-. F'200 ppm fluworidu fl-aċidu, it-temperatura ta 'l-interface hija 35 grad 'il fuq mil-limitu sikur ta' 65 grad, u timbotta l-heater sew fir-reġim ta 'korrużjoni attiva. It-tnaqqis tad-densità tal-qawwa tal-heater inaqqas id-delta tat-temperatura tal-wiċċ. Għall-aċidu fosforiku li fih fluworidu-, l-użu ta' densità mnaqqsa ta' watt (10-12 W/cm2 kontra 20-25 W/cm2) jirriżulta li l-wiċċ tat-tubu jkun eqreb għat-temperatura tal-massa u possibbilment jibqa' passiv. Alternattivament, it-twettiq tal-proċess f'temperatura tal-massa aktar baxxa (eż.. 65 grad minflok 85 grad) jirkupra l-marġni ta' sigurtà għal livelli moderati ta' fluworidu.

Il-ħolqien ta' Speċifikazzjoni ta' Għarfien

Meta tagħżel heater tal-kisi tat-titanju ta 'Grad 2 għal servizz ta' aċidu fosforiku, itlob minn laboratorju rikonoxxut analiżi tal-fluworidu tal-aċidu tal-proċess. Ibbażat fuq il-parametri operattivi sikuri hawn fuq, il-Grad 2 huwa adattat? Jekk il-livelli tal-fluworidu huma 100–300 ppm, uża titanju ta' Grad 7 (palladju-stabbilizzat). Il-metall nobbli jgħolli l-limitu tax-xogħol sikur b'madwar 25-30 grad 'il fuq mill-Grad 2, peress li jaġixxi b'mod katalitiku fi proċessi katodiċi. Jekk il-kontenut tal-fluworidu fl-aċidu fosforiku sħun jaqbeż it-300 ppm, ikkunsidra ħiters taż-żirkonju li huma ferm aktar reżistenti għall-kumplessazzjoni tal-fluworidu mit-titanju. Immonitorja l-aċidu fosforiku għal drift fil-konċentrazzjoni tal-fluworidu meta lottijiet differenti tal-mineral jidħlu fil-proċess. Ħiter li kien sigur ġimgħat biss qabel jista 'jsir inadegwat jekk il-livell jiżdied minn 150 ppm għal 350 ppm. L-użu tal-konċentrazzjoni tal-fluworidu bħala varjabbli tad-disinn ewlieni jiffranka l-inġinier sorpriżi f'waħda mill-applikazzjonijiet tat-tisħin industrijali l-aktar prevalenti iżda kimikament diffiċli għat-tagħmir tat-titanju.