كيف يؤدي وجود الأيونات المؤكسدة (Fe³⁺، Cu²⁺) في 5% من حمض الكبريتيك عند 60 درجة إلى توسيع أو تقليل النطاق السلبي لأنابيب التسخين المصنوعة من التيتانيوم من الدرجة الثانية؟

يقترب التيتانيوم من الدرجة الثانية من انتقاله السلبي-النشط في 5% H2SO4 عند 60 درجة. الصف 2. سوف يتآكل بقوة في الحمض منزوع الهواء بمعدلات تتراوح من 0.5 إلى 2.0 ملم سنويًا. في وجود الأكسجين المذاب أو الأيونات المؤكسدة (Fe³⁺، Cu²⁺، Cr⁶⁺)، يخمد التيتانيوم ويكون معدل التآكل أقل من 0.01 مم/سنة. لكن الأيونات المؤكسدة يمكن أن تؤدي إلى التخميل المفرط أو التنقر بكميات عالية في بعض الأحيان. تمت مناقشة تأثير Fe3+ وCu2+ على تمديد أو تقليل النطاق السلبي للصف 2 في 5% H2SO4 عند 60 درجة في هذه المقالة.

آلية التخميل عن طريق أكسدة المصدر الأيوني
الأنواع المؤكسدة القابلة للاختزال هي أيونات الحديديك (Fe3+) وأيونات النحاسيك (Cu2+). إن اختزالها على سطح التيتانيوم يعطي تيارًا كاثوديًا يستقطب التيتانيوم إلى المنطقة المنفعلة: Fe3+ + e- → Fe2+ (E0=+0.77 V مقابل SHE) Cu2+ + 2e- → Cu0 (E0=+0.34 V مقابل SHE) الإمكانات الحرجة لتخميل التيتانيوم في 5% H2SO4 هي ~-0.2 إلى 0 V مقابل SCE. ينشئ كل من Fe 3+ وCu 2+ تيارًا كاثوديًا كافيًا لتجاوز هذا الحاجز.

آثار التركيز
اختبار الدرجة الثانية في 5% H2SO4 عند 60 درجة بتركيزات مختلفة من Fe3+ وCu2+:

لا توجد أيونات مؤكسدة (منزوعة الهواء): التآكل النشط 1.0-2.0 مم/سنة.

Fe³⁺ 10 جزء في المليون يحدث التخميل. ينخفض ​​​​معدل التآكل إلى 0.02-0.05 ملم / سنة. يتم توسيع النطاق السلبي.

50-500 جزء في المليون Fe3+ التخميل المستقر. معدل التآكل 0.01-0.03 ملم/سنة. أفضل مجموعة.

Fe3+ 1,000–5,000 جزء في المليون: لا يزال سلبيًا، لكن خطر التنقر يزداد في وجود الكلوريدات.

Fe³⁺ 5,000 جزء في المليون: يمكن أن ينتج ما يزيد عن -التخميل عند درجات حرارة أعلى (ولكن ليس عند 60 درجة).

بالنسبة لـ Cu 2+ : نفس التفاعل، لكن Cu 2+ يمكن أن يترسب النحاس المعدني على التيتانيوم ( Cu 2+ + 2e − → Cu 0 ) . رواسب النحاس عبارة عن خلايا كلفانية، وهي جيدة إذا كانت موحدة، ولكنها سيئة إذا كانت عقيدية.

الإجراءات التآزرية والعدائية
Fe³⁺ + Cu²⁺ معًا: استقرار التخميل أفضل من كل منهما على حدة. في وجود Fe3+، تكون الإمكانات المختلطة متوسطة وتكون رواسب النحاس أكثر تجانسًا.

الأيونات المؤكسدة + الكلوريدات: في وجود الأيونات المؤكسدة، يمكن أن تسبب الكلوريدات (حتى 10-50 جزء في المليون) تأليبًا. التخميل بالإضافة إلى الأنيون العدواني هو المزيج الأمثل لتأليب التآكل.

الأيونات المؤكسدة + عوامل الاختزال إذا كانت عوامل الاختزال (SO₂، H₂S، مادة عضوية) تستخدم Fe³⁺، يتم فقدان التخميل. تحقق من تركيز الحديد 3+.

معدل التآكل المقاس
معدل التآكل بتركيز الأيونات المؤكسدة (مم/ سنة) سلبي؟ تأليب الخطر
لا شيء (نزع الهواء) 0 جزء في المليون 1.0-2.0 لا شيء (تآكل نشط)
Fe3+10 جزء في المليون0.02-0.05YesLowFe3+100 جزء في المليون0.01-0.02YesLowFe3+1،000 جزء في المليون0.01-0.03YesLow (إذا كان Cl- 10 جزء في المليون)
Cu²⁺ 10 جزء في المليون 0.03 - 0.08نعم (مع رواسب النحاس) متوسط ​​النحاس2+ 100 جزء في المليون 0.02-0.05 نعم متوسط ​​(النحاس العقدي)
Fe³⁺ + Cu²⁺ (1:1) 100 جزء في المليون لكل 0.01-0.02 نعم Fe³⁺ + 50 جزء في المليون Cl⁻ 100 جزء في المليون 0.02-0.05 (تنقير) نعم (لكن تنقير) مصفوفة تطبيق عالية للصف 2 في 5% H₂SO₄ عند 60 درجة
مستوى حالة الخدمة لمستوى كلوريد الأيون المؤكسد الأداء المتوقع من الدرجة الثانية الإجراء الموصى به
حمض منزوع الهواء لا يوجد أي تآكل نشط (1-2 مم/سنة) أضف Fe3+ أو استخدم الدرجة 7
Air SpargingO₂ (8 جزء في المليون)<10 ppm Passive (0.01-0.03 mm/yr)Not Acceptable
الحديد3+ من العملية (مثل تخليل الفولاذ) 50-500 جزء في المليون<10 ppmExcellent passive (0.01mm/year) Mint condition
Fe3+ + chlorides e.g. HCl pollution 100 ppm 50 ppm Pitting (0.1-0.3 mm/year pits) Add Fe3+ >500 جزء في المليون أو أقل Cl- Cu2+ من معالجة النحاس الأولية 100 جزء في المليون<10 ppmPassive with Cu depositionCheck copper thickness Clean once a year
تظهر أنابيب التسخين من الدرجة الثانية بنسبة 5% H2SO4 عند 60 درجة مع إضافة 10-500 جزء في المليون Fe 3+ زيادة في النطاق السلبي مع معدلات التآكل<0.03 mm/year compared to >1 ملم/سنة. Fe³⁺ جيد وينبغي الحفاظ عليه إذا أمكن. يعزز Cu²⁺ أيضًا التخميل ولكنه يمكن أن يترسب النحاس المعدني-رواسب موحدة تكون وقائية، والرواسب العقدية تسبب هجومًا كلفانيًا. تتحد الأيونات المؤكسدة مع الكلوريدات وتسبب التنقر. احتفظ بـ Fe³⁺ أعلى من 500 جزء في المليون لتجنب التنقر الناتج عن الكلوريدات. بالنسبة للعمليات الجديدة، فكر في إضافة 50-100 جزء في المليون Fe3+ (مثل Fe2(SO4)3) لضمان التخميل. إذا لم يكن بالإمكان الحفاظ على الأيونات المؤكسدة، فحدد تيتانيوم درجة 7. بالنسبة للسخانات الموجودة ذات التآكل النشط، فإن حقن محلول Fe3+ ينقل السخان إلى النطاق السلبي؛ يمكن لهذا التدخل منخفض التكلفة إطالة عمر المدفأة من أشهر إلى سنوات.