Miks ei saa kvartsklaas moodustada leeliselise vedeliku erosiooni vastu kaitsekilet?

# Miks on kvartsklaasil võimatu luua kaitsekilet, mis talub leeliseliste vedelike erosiooni? Kvartsküttetorude stabiilne ränidioksiidi kristallstruktuur, mis on vastupidav happe- ja fluoriidierosioonile, muudab need populaarseks valikuks kõrge kloriidi- ja vesinikfluoriidhappesisaldusega kääritamisprotsessides. Kvartsklaas ei suuda aga leeliselise pesuainega kokku puutudes moodustada enesekaitsekihti, erinevalt metallist kuumutustorudest, nagu roostevaba teras 316 ja 2. klassi titaan, mis toodavad regenereeruvaid -korrosioonivastaseid passiveerimiskilesid. Kui leeliseline vedelik puutub toru seinaga kokku, põhjustab see püsiva söövituskahjustuse, mis kujutab endast varjatud ohtu mikroobse saastumise ja sellele järgneva toru purunemise eest. Järgmises tabelis vaadeldakse nelja korrosioonivastase küttetoru materjali kaitsemehhanismide erinevust-.|Küttetoru materjal|Kaitsekile tüüp|Kile regenereerimise seisund|Reaktsioon leeliselise vedelikuga|Kahjustuse pöörduvus|| ----|----|----|----|----|| 316 roostevaba teras|Kroomirikas oksiidkile|Taastab marineerimise passiveerimise teel|Kile ajutine lahustumine alla 60 kraadise leelisega|Taaspassiveerimise teel parandatav|| 2. klassi titaan|Titaandioksiidi passiivkile|Iseparandused lahustunud hapnikuga|Kerge kile hõrenemine nõrga leelise all|Taastav hapnikurikka tsirkulatsiooniga|| Kvartsklaas|Puudub sekundaarne kaitsekile, kristall ise toimib barjäärina|Regenereerimismehhanism puudub|SiO₂ kristalli keemiline lagunemine|Pöördumatu püsisöövitus|| PFA-kattega küttekeha|Fluoropolümeerist katte barjäär|Iseparandusfunktsioon puudub|Katte aeglase molekulaarse ahela purunemine|Osaline asendamine vajalik pärast kahjustumist|Kõrge puhtusastmega tööstusliku kvartsklaasi põhiline keemiline koostis on ränidioksiid, mille puhtus on üle 99,99%, ja selle sisemine struktuur on stabiilne kolmemõõtmeline võrk, mis on ehitatud räni-hapniku kovalentsetest sidemetest. Selle tervikliku kristallivõrgustiku keemiline inertsus on selle happekindluse allikas. Kui kristalli pind puutub kokku happelise või fluoriidiga, siis keemilist nihkereaktsiooni ei toimu ja kristalli pind jääb loomulikult puutumata. Järelikult ei ole vaja isoleerimiseks täiendavat kaitsekilet toota. Leeliselistes lahustes on suures koguses hüdroksiidioone, mida esindab naatriumhüdroksiid. Kvartsipinnal olev stabiilne räni-hapniku kovalentne side puruneb hüdroksiidioonide poolt CIP-i tsirkulatsiooni kuumutamistemperatuuril, mille tulemusena tekib lahustuv naatriumsilikaat. Kvartsi kristallkeha tarbib tsirkuleeriv vedelik otse, mis loputab lahustuvat toodet pidevalt minema, mitte ainult õhukese pinnakihi kahjustamise asemel. Kahjustatud jääkihti ei saa taastada puhastamise, neutraliseerimise ega hooldustöötlemise teel, kuna kvarts ei suuda sünteesida uut ränidioksiidi, et täita söövitatud süvendeid. Kile all olev esmane metallmaatriks jääb puutumatuks ja metallist küttetorud sõltuvad kaitseks õhukestest pinnakiledest. Alusmaterjal on võimeline tootma uut kilet teatud tingimustel, isegi kui kile on osaliselt kahjustatud. Kvartsis pole aga vahet "maatriksi" ja "kaitsekihi" vahel. Küttekanali esmane kandekonstruktsioon on nähtav sile pind. Toru sein õheneb ebaühtlaselt, kristalli sisse tekivad nähtamatud mikropraod ja lõppkokkuvõttes tekib tootmise ajal külma ja kuuma vahelduva pinge all äkiline rebend, mis kõik on tingitud pidevast leeliseerosioonist. Kvartsist kuumutustorudega varustatud käärituslabori leelisetorustikule tuleb paigaldada mehaanilised kõvad blokeeringud, et tagada happe ja leelise tsirkulatsiooniaasade täielik eraldatus. Operaatorid peavad iga kahe nädala järel toimuva valguse läbilaskvuse kontrolli käigus keskenduma toruseina jäätumise ja mattide alade kontrollimisele, mis tulenevad juhuslikust leeliselekkest. Kui härmatis ületab 30% kogupinnast, tuleb torukimp viivitamatult maha kanda, kuna konstruktsiooni tugevus on langenud ohtlikule tasemele. Kokkuvõtlikult võib öelda, et kvartsi eristav kristallstruktuur ei suuda tekitada regenereeritavat kaitsekilet, mis talub leeliseerosiooni. Ainus töökindel meetod kvartsküttetorude ohutu töö ja pikema kasutusea tagamiseks on leeliselise pesuaine täielik isoleerimine.