Pentru o bobină de încălzire din titan folosită pentru a menține 60 de grade într-o soluție de tiosulfat de sodiu 5%, care impurități (nitrat, nitrit sau amoniac) este cea mai agresivă față de filmul pasiv?

Soluțiile de tiosulfat de sodiu (Na2S2O3) la 60 de grade și o concentrație de 5% sunt folosite în fixarea fotografică, lixiviarea aurului și declorarea. Filmul pasiv pe titan este de obicei stabil în tiosulfat pur. Cu toate acestea, contaminanții din procesele din amonte, cum ar fi nitrații (NO3-), nitriții (NO2-) sau amoniacul (NH3) ar putea destabiliza filmul. Dintre aceștia, nitritul este cel mai agresiv contaminant din tiosulfat la 60 de grade, față de filmul pasiv de titan. Nitritul funcționează ca un agent reducător în circumstanțe neutre până la acide și poate reduce oxidul de titan la stări de valență inferioare, ceea ce poate duce la locuri de coroziune active. Nitratul este mai puțin agresiv, necesitând temperaturi mai ridicate pentru reducerea. Amoniacul poate complexa ionii de titan, dar este benign în tiosulfat la această temperatură.

Mecanismul de descompunere a peliculei pasive de către nitriți

Ionii de azot (NO 2 −) se reduc pe suprafața de titan în reacția NO 2 − + 6H + + 5e −=½N 2 + 3H 2 O în soluție de tiosulfat la pH 7–8. Acest lucru folosește protoni și astfel crește pH-ul local. Cu toate acestea, mai critic, intermediarul de reducere (NO) poate transforma chimic TiO2 în Ti2O3 sau Ti. Oxidul inferior are o conductivitate electrică mai bună și o rezistență mai mică la coroziune. Filmul pasiv devine permeabil, pierzându-și natura protectoare. Pitting inițiază la defecte ale filmului. Nitritul este de aproximativ 10 ori mai agresiv decât nitratul, în timp ce amoniacul este de aproximativ 20 de ori mai agresiv decât nitritul la aceeași concentrație.

Agresivitatea cantitativă a diverselor impurități în soluția de tiosulfat

Comportamentul la coroziune a titanului de gradul 2 a fost demonstrat prin testare controlată cu tiosulfat de sodiu 5% la 60 grade C cu pH 7,5 și 100 ppm din fiecare impuritate introdusă separat pe o perioadă de 1.000 de ore. Rata de coroziune este de 0,005–0,010 mm pe an, fără sâmburi și peliculă pasivă stabilă, fără impurități ca linie de bază. Viteza de coroziune crește ușor până la 0,010-0,020 mm/an la 100 ppm nitrat, dar nu se observă pitting, indicând agresivitate scăzută. Viteza de coroziune este de 0,008–0,015 mm pe an în prezența a 100 ppm de amoniac, fără sâmburi, formând un complex Ti(NH₃)₆³⁺ solubil, dar cu o viteză mică, reprezentând agresivitate scăzută până la moderată. La 50 ppm nitriți, viteza de coroziune crește la 0,05–0,1 mm/an, cu o densitate a pipăturilor de 5–10 bucăți/cm² după 1000 de ore, indicând o agresivitate moderată. Rata de coroziune este ridicată la 0,15–0,30 mm/an, 20–50 gropi/cm² și o adâncime a gropii de 0,1–0,3 mm la 100 ppm nitrit. La 500 ppm de nitrit, viteza de coroziune este de 0,50-1,00 mm pe an cu pitting sever, ceea ce nu este acceptabil.

Clasamentul agresivității ca funcție a concentrației de impurități și a pH-ului

Gradul de agresivitate a impurităților este identic pentru diferite concentrații și valori ale pH-ului. La 100 ppm impuritatea și pH 7,5 azotatul este scăzut, amoniacul este scăzut până la moderat și nitritul este semnificativ. La 500 ppm impuritate și pH 7,5, azotatul este moderat la o rată de coroziune de 0,020–0,040 mm pe an și fără sâmburi, amoniacul este scăzut până la moderat la o rată de coroziune de 0,020–0,035 mm pe an și cu 0–5 gropi pe cm², iar nitritul este sever cu o rată de coroziune de 0,0,00 mm și extinsă pe an. pitting. La pH 9,0 cu 100 ppm nitriți, viteza de coroziune scade la 0,080-0,150 mm pe an cu o densitate de pitting de 5-15 gropi pe cm2 . Creșterea pH-ului reduce agresivitatea nitriților . La pH 9,0 cu 500 ppm nitrit este de 0,20–0,40 mm/an cu pitting considerabil.

Controlul impurităților din încălzitoarele cu tiosulfat

Tabelul de mai jos arată nivelurile maxime permise pentru impuritățile din încălzitoarele de titan de gradul 2 utilizate în tiosulfat de sodiu 5% la 60 de grade pentru o durată de viață de 5 ani, precum și frecvențele de monitorizare și tehnicile de atenuare.

Impuritate Max. Concentrație permisă (ppm) Frecvența de monitorizare Atenuare dacă este depășită Nitrat (NO₃⁻) 500 Lunar Diluați sau înlocuiți soluția
Ammonia (NH3) 200 Monthly Raise pH to >8 (reduce efectul amoniacului)
Nitrit (NO2-) 20 Săptămânal Adăugați azidă de sodiu (10 ppm) pentru a elimina nitriții
Ingineria dincolo de controlul impurităților și selecția gradului

Toleranța la contaminarea cu nitriți depinde de gradul de titan. Gradul 7 (stabilizat cu paladiu) are o toleranță de 2-3 ori mai bună la nitriți, permițând un maxim de 50 ppm pentru o durată de viață de 5 ani, deoarece nitritul este redus la azot gazos prin cataliza paladiu fără deteriorarea peliculei. Clasa a 12-a are progrese intermediare. Grosimea peretelui oferă toleranță la coroziune. Un perete de 2,0 mm cu pitting la 0,15 mm/an de la 100 ppm nitrit trăiește 13 ani. pH-ul tiosulfatului este important. Menținerea pH-ului peste 8 scade foarte mult agresivitatea nitriților prin transformarea unor NO₂⁻ în NO₃⁻ mai puțin agresiv. Sinteza nitriților din reducerea nitratului este redusă prin barbotarea cu azot pentru a elimina oxigenul. Adăugați periodic 100 ppm sulfit de sodiu pentru a reduce nitritul la azot gazos.

Un caiet de sarcini informat

Pentru o bobină de încălzire cu titan în tiosulfat de sodiu 5% la 60 de grade, concentrația de nitriți trebuie menținută sub 20 ppm pentru gradul 2 sau sub 50 ppm pentru gradul 7. Verificați săptămânal soluția folosind cromatografie ionică sau benzi de testare cu nitriți. Montați un filtru de carbon în alimentarea cu apă pentru a elimina nitrații și nitriții înainte de a adăuga tiosulfat. Dacă nivelul de nitriți din sistem este între 20 și 100 ppm, adăugați 10 ppm de azidă de sodiu sau 100 ppm de sulfit de sodiu pentru a distruge nitritul sau ridicați pH-ul la 9 cu hidroxid de sodiu. Inginerul poate preveni defalcarea pasivă a filmului și pitting în încălzitoarele de titan în serviciu cu tiosulfat prin controlul celui mai agresiv contaminant, nitritul.