Kui fosforhapet (30–50%) kuumutatakse 100 kraadi juures, siis miks lahustunud raua saastumine kiirendab titaani korrosiooni üle vastuvõetava määra?
Jäta sõnum
Titaanist kuumutusseadmed fosforhappe teenistuses käituvad vastuoluliselt. Titaani klassi 2 keemiliselt puhtas 30-50% fosforhappes 100 kraadi juures on madal korrosioonimäär 0,05-0,10 mm aastas, mis jääb küttetorude puhul hästi vastuvõetavatesse piiridesse. Fosfaatkivimi kääritamisel saadud tööstuslik märgprotsess fosforhape (WPA) sisaldab aga palju lisandeid ning lahustunud raual (Fe2+ ja Fe3+) on nende hulgast kõige laastavam mõju titaani korrosioonikindlusele. Isegi 0,5% rauasaaste võib suurendada titaani korrosioonikiirust 10-50 korda, mis põhjustab torude perforatsiooni kuude, mitte aastate jooksul. Selles artiklis kirjeldatakse rauast põhjustatud kiireneva korrosiooni elektrokeemilist mehhanismi ja määratakse rauasisalduse ohutud piirid titaansoojendite tööks.
Korrosioonikiirenduse mehhanism raua kaudu
Titaanil olev passiivne kile fosforhappes koosneb peamiselt TiO 2-st koos integreeritud fosfaadiliikidega. Kile on stabiilne erinevate elektrokeemiliste potentsiaalide vahel. Lahustunud raua ioonid, peamiselt Fe³⁺, on redokssüstikud, mis liiguvad titaanipinnal Fe³⁺ ja Fe²⁺ vahel. Iga pinnaga kokkupuutuv Fe³⁺ ioon võtab titaanist elektroni (taandades Fe²⁺-ks), seejärel hajub ja oksüdeeritakse lahustunud hapniku toimel uuesti Fe³⁺-ks. See pidev redokstsükkel kannab edukalt elektronid titaanmetallist puistelahusesse, jättes seega passiivse kaitsva katte mööda.
Elektrokeemilised mõõtmised näitavad selle mõju suurust. 2. klassi titaani korrosioonipotentsiaal puhtas 40% H₃PO₄-s 100 kraadi juures stabiliseerub vahemikus +150 kuni +250 mV vs. SCE passiivse voolutihedusega 5 µA/cm². 0,5% Fe3+ (raud(III)fosfaadi kujul) lisamine suurendab korrosioonipotentsiaali +400 kuni +550 mV vs. SCE ja passiivse voolutiheduse 50-100 µA/cm2. 1,0% rauasisalduse korral on voolutihedus 200-300 µA/cm 2 ja see vastab korrosioonikiirusele 0,5-0,8 mm aastas. 2,0% rauasisalduse korral on tase suurem kui 1,5 mm aastas.
**Soojendi teenuse kriitiline rauapiir**
Pikaajaline-titaani 2. astme fosforhappega kokkupuute test 100 kraadi juures leidis rauale praktilise piiri. Kui lahustunud rauda on alla 0,2%, on korrosioonimäär alla 0,10 mm/aastas, mis on 1,5 mm seinapaksusega küttekeha 10-aastane eluiga piisav. Määrad on 0,15–0,30 mm/aastas 0,2–0,5% rauasisaldusega, mis vähendaks eeldatavat eluiga 3–5 aastani tüüpilise seinapaksusega. Üle 0,5% raua korrosioonimäär on liiga kõrge (rohkem kui 0,5 mm aastas) ja hõlmab lokaalset täppide moodustumist, mis aitab kaasa metalli täiendavale kadumisele.
Märg{0}}protsess fosforhape sisaldab tavaliselt 0,8–1,5% fosfaatkivimi lisanditest lahustunud rauda. WPA aurustites ja kontsentraatorites kasutatakse titaanküttekehasid, mis korrodeeruvad kiiresti, kui puudub rauaeemaldus eeltöötlus või uuendatakse vastupidavamaks titaanisulamiks. 7. klassi titaan (Ti-0,15Pd) parandab rauataluvust, jäädes alla 0,15 mm aastas 0,8% rauasisaldusega, kuid isegi 7. klassi titaan ebaõnnestub üle 1,2% rauasisaldusega.
Rakendusmaatriks ja leevendusstrateegiad
Fosforhappe allikas Tüüpiline rauasisaldus Soovitatav küttekeha materjal Eeldatav korrosioonikiiruse kasutusiga (1,65 mm sein)
Puhastatud (termiline protsess) 2. klassi titaan<0.05% 0.05-0.08 mm/year 15-20 years WPA, solvent-extracted Grade 2 titanium (1.65-2.0 mm) 0.2-0.4% 0.10-0.15 mm/year 8-12 years WPA, untreated (low iron rock) Grade 7 titanium (2.0 mm) 0.5-0.8% 0.12-0.20 mm/year 6-10 years WPA, untreated (high iron rock) Grade 7 + iron removal system 0.8-1.5% 0.20-0.40 mm/year 3-5 years
Superphosphoric acid (>70% P₂O5) Muutuv tsirkoonium või tantaal N/A Titaan pole soovitatav
Fosforhappesoojendi spetsifikatsioonide kokkuvõte
Rohkem kui 0,2% lahustunud raua saastatus fosforhappes 100 kraadi juures soodustab titaani korrosiooni redokstsükli mehhanismi kaudu, mis hoiab kõrvale passiivse kile pakutavast kaitsest. Märgprotsessi happe puhul, mille rauasisaldus on tavaliselt 0,8–1,5%, lähevad 2. klassi titaankuumutid rikki 2–3 aastaga. Insenerid seisavad silmitsi valikuga, kas määrata 7. klassi titaan (mis viib raua taluvuse ligikaudu 0,8%-ni) või lisada raua eemaldamise etapid (lahusti ekstraheerimine, ioonivahetus) kütteseadmest ülesvoolu. Kui ostate titaanküttekehasid fosforhappega töötamiseks, küsige alati korrosioonitesti kupongi, mis on allutatud tegelikule protsessihappele, ja nõudke, et raud{16}}kandvas happes oleks seinapaksus 2. klassi puhul 2,0 mm või 7. klassi puhul 1,65 mm.
