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、pH 9 では何が起こるか?
伝言を残す
80 度のメタケイ酸ナトリウム (Na2SiO3) 溶液中では、ケイ酸イオンがチタン表面で重合します。 11 を超える pH 値では、厚さ 0.5 ～ 2 μm の連続した非多孔質の保護膜がケイ酸塩から形成されます。 pH 9 では、コーティングは多孔質でひび割れ、保護力がなくなり、塩化物やその他の攻撃的な種の浸透や孔食が発生します。この不一致は、ケイ酸イオンの重合状態によるものです。高い pH では、ケイ酸塩はモノマー SiO44- イオンとして発生し、緻密なガラス層を形成します。低い pH では、ケイ酸塩が重合してコロイド鎖を形成し、多孔質の破砕構造が得られます。
pH 依存性のケイ酸塩膜形成のメカニズム-
The polymerization of silicate ions SiO4 4- + H2O HSiO4 3- + OH- At high pH (>11) 平衡はモノマーイオンに移行し、厚い非晶質シリカ層として堆積します。 pH 9-10 では、イオンが重合して鎖状構造になり、多孔質ネットワークを構築します。このフィルムはまた、ナトリウムイオンを使用してケイ酸ナトリウムガラスを生成します。保護能力は、フィルムの密度と微小亀裂の有無によって決まります。
pH の関数としての定量的な膜品質。
グレード 2 チタンについては、10% Na2SiO3 中で 80 度、500 時間の管理された試験によって次のことが証明されています。pH 8 では、膜の厚さは 0.1 ～ 0.3 μm、膜の多孔性はかなり高く、腐食速度は年間 0.15 ～ 0.30 mm、孔食が存在します。 pH 9 では、厚さは 0.2 ～ 0.5 μm、気孔率が高く、腐食速度は年間 0.08 ～ 0.20 mm、孔食が発生することがあります。 pH 10 では、厚さは 0.5 ～ 1.0 μm、気孔率は中程度、腐食速度は 0.04 ～ 0.10 mm/年で、孔食はまれです。 pH 11 では、厚さは 1.0 ～ 1.5 μm、気孔率は最小限で、腐食速度は 0.02 ～ 0.05 mm/年で、孔食はありません。厚さは 1.5 ～ 2.5 μm、気孔率は非常に低く、腐食速度は 0.01 ～ 0.03 mm/年で、pH 12 では孔食は発生しません。pH 13 では、厚さは 2.0 ～ 3.0 μm、気孔率は非常に低く、腐食速度は 0.005 ～ 0.015 mm/年で、孔食は観察されません。
pH要件に対する温度の影響
保護フィルムの臨界 pH は温度に依存します。 60℃での最小pHは10.5ですが、推奨pHは11.0です。 80 度では、最小値は 11.0、推奨値は 11.5 です。最小値は 100 度で 11.5 で、推奨値は 12.0 です。最小値は 12.0、推奨値は 120 ℃で 12.5 です。温度が高くなるとケイ酸塩の重合が促進されるため、ケイ酸塩をモノマーの形で維持するためにより高い pH が必要になります。
メタケイ酸ナトリウムサービス pH コントロールガイド
以下の表は、80 度、10% メタケイ酸ナトリウム中でグレード 2 チタン ヒーター上の保護ケイ酸塩膜を維持するための pH 制御のガイドです。
pH of Operation Film Quality Corrosion Rate (mm/year)Pitting Risk Recommended Action >11 保護<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 非-保護 0.15–0.30 高再設計ソリューション<8 Unstable >0.30 重度 受け入れられない
pH制御に関するエンジニアリング
必要な pH はチタンのグレードによって決まります。グレード 7 (パラジウム-安定化) は、グレード 2 より若干低い pH 10.5 ～ 11.0 でケイ酸塩の保護コーティングを生成します。グレード 2 はグレード 12 と同じです。フィルムが完全に保護していない場合、壁の厚さは腐食許容量を提供します。膜形成は、Na 2 SiO 3 のケイ酸塩含有量. 5%の影響を受けます。pH 11.5が必要です。 15% Na2SiO3 では、必要な pH は 10.5 です。塩化物（不純物による）は、pH 要件を 0.5 ～ 1.0 pH 単位上昇させます。溶液を監視するには、高 pH 用に校正された pH メーターを使用する必要があります。
知識をもとに仕様を作成する
80 度の 10% メタケイ酸ナトリウム中でチタン浸漬ヒーターの pH を 11.0 以上に維持するために水酸化ナトリウムを追加します。 10.8に警報、10.5にインターロック付きのpHコントローラーを設置してください。 pH 11 未満の既存のシステムに NaOH を追加して、pH を 11.5 に高めます。 pHを上げることができない場合は、グレード7のチタンを使用するか、温度を60度まで下げてください。運転中にヒーター表面にピッチングがないか確認してください。孔食が見られた場合は、すぐに pH を上げてください。エンジニアは pH を 11 以上に維持して、チタン上に保護用の非多孔質ケイ酸塩コーティングを開発します。-
