Sut Mae Presenoldeb Ionau Fflworid Hybrin mewn Atebion Asid Ffosfforig yn Symud y Terfyn Tymheredd Gweithredu Diogel ar gyfer Gwain Titaniwm Gradd 2?

Mae asid ffosfforig crynodedig (H₃PO₄) 30-85% yn gyfrwng nodweddiadol mewn gweithgynhyrchu gwrtaith, trin metel a phrosesu cemegol. Mae gan ditaniwm Gradd 2 ymwrthedd cyrydiad derbyniol mewn asid ffosfforig pur hyd at tua 80-100 gradd, yn dibynnu ar y crynodiad. Fodd bynnag, mae mwynau craig ffosffad a ddefnyddir i weithgynhyrchu asid ffosfforig, yn cynnwys fflworapatit fel cydran naturiol ac yn cyfrannu ïonau hybrin fflworid (F⁻) i'r cynnyrch asid terfynol ar symiau rhwng 100 a 2,000 ppm. Mae ïonau fflworid yn eithaf gelyniaethus i ffilm goddefol titaniwm. Mae fflworid ar feintiau hybrin yn gostwng yn sylweddol y terfyn tymheredd gweithredu diogel. Mae deall y newid hwn yn bwysig er mwyn osgoi methiant trychinebus annisgwyl gwresogyddion trochi titaniwm wrth gymhwyso asid ffosfforig.

Mecanwaith diffyg goddefedd yn ôl fflworid

Mewn asid ffosfforig pur mae'r haen TiO2 yn gwneud titaniwm yn sefydlog. Mae'r ffilm hon yn cael ei effeithio gan ïonau fflworid gan fecanwaith gwahanol na chloridau. Mae ïonau titaniwm yn ffurfio cyfadeiladau fflworid gyda rhywogaethau hecsafluorotitanad hydawdd (TiF₆²⁻). Mae'r broses hon yn dileu titaniwm o'r ffilm goddefol yn uniongyrchol heb fod angen dadansoddiad o'r ffilm. Yr adwaith yw TiO₂ + 6F⁻ + 4H⁺ → TiF₆²⁻ + 2H₂O. Mae'r adwaith hwn yn mynd rhagddo'n gyflymach ar dymereddau uwch. Unwaith y bydd fflworid yn mynd trwy'r gorchudd goddefol mae'r metel titaniwm gwaelodol yn hydoddi ac yn ceisio ail-oddefol. Fodd bynnag, mae fflworid yn parhau i gymhleth ïonau titaniwm sydd newydd eu hamlygu, gan atal ail-greu ffilm sefydlog. Felly, mae newid o ymddygiad goddefol i gyrydiad gweithredol yn digwydd ar derfyn tymheredd sy'n gostwng gyda chynnwys fflworid cynyddol. Mae cyfraddau cyrydu o dan y trothwy hwn yn is na 0.1 mm y flwyddyn. Gall cyfraddau fod yn uwch na 1.0 mm y flwyddyn uwchlaw'r trothwy ar gyfer cynnydd tymheredd o 10-20 gradd.

Newid Meintiol Terfyn Tymheredd Gweithredu Diogel

Mae cyfyngiadau tymheredd gweithredu diogel ar gyfer titaniwm Gradd 2 (a ddiffinnir fel cyfradd cyrydu llai na 0.1 mm y flwyddyn) wedi'u sefydlu o brofion electrocemegol rheoledig mewn asid ffosfforig 50% gyda chrynodiadau fflworid amrywiol:

Ni ellir canfod fflworid (<10 ppm) Safe working limit 95° C. Titanium possesses a stable passive film at all practical temperatures of heater operation.

Fflworid ar 50 ppm: Terfyn gweithredu diogel wedi'i ostwng i 82 gradd. Cwymp o 13 gradd. Ar ddwysedd pŵer arferol (20 W / cm2), gall tymereddau wyneb y gwresogydd gyrraedd y terfyn hwn hyd yn oed gyda swmp asid ar 70 gradd.

Fflworid 200 ppm: Terfyn gwasanaeth wedi'i ostwng i 65 gradd. Gostyngiad gradd C. 30. Mae mwyafrif y gwresogyddion asid ffosfforig diwydiannol sy'n rhedeg ar dymheredd proses safonol (75-85 gradd ) yn y gyfundrefn cyrydu gweithredol.

Fflworid 500 ppm: Terfyn gweithredu diogel wedi'i ostwng i oerach 52 gradd . 43 gradd C. Mae'r tymheredd proses safonol 20-30 gradd yn uwch na'r terfyn a bydd yn methu'n gyflym o fewn wythnosau.

Fflworid ar 1,000-2,000 ppm: Gostyngodd y terfyn gweithredu diogel i 35-40 gradd. Mae titaniwm Gradd 2 yn dod yn ddiwerth ar gyfer unrhyw gais pan gaiff ei gynhesu. Rhaid ystyried deunyddiau amgen (zirconiwm, haearn bwrw silicon uchel).

Newid yn y Terfyn Tymheredd Dros Grynodiadau Asid Ffosfforig

Mae effaith fflworid yn gysylltiedig â chrynodiad asid ffosfforig. Mae crynodiad asid uwch (70-85%) yn cynhyrchu amgylchedd sy'n lleihau mwy a llai o weithgaredd dŵr rhydd sydd hefyd yn lleihau ymosodedd fflworid i raddau. Mae'r tabl canlynol yn ganllaw terfyn gweithredu diogel cyflawn.

Crynodiad Fflworid Crynodiad Asid Ffosfforig (ppm F-) Terfyn Gweithredu Diogel ar gyfer Mecanwaith Difrod Cyffredin Titaniwm Gradd 2
30–40% <50 ppm 85°C Uniform passive thinning (<0.05 mm/yr)
30–40% 50–200 ppm 60°C Accelerated uniform corrosion with pitting 30–40% >200 ppm Not recommended High active corrosion (>1 mm y flwyddyn)
50-65% <50 ppm 95°C Passive with occasional metastable pitting 50-65% 50-200 ppm 70°C Fluoride complexation dominates surface chemistry
50–65% 200–500 ppm 55 gradd Gwasanaeth bregus sydd angen ei archwilio’n aml
70-85% < 50 ppm 100 C Perfformiad goddefol achos gorau
70-85% 50-200 ppm 75 gradd Yn addas ar gyfer llawer o geisiadau gwrtaith
70-85% 200-500 ppm 60 gradd Bywyd gwasanaeth byr (6-12 mis fel arfer)
70–85% >500 ppm 45 gradd Gradd 2 amhriodol, ystyriaeth i radd 7 neu zirconia
Goblygiadau Ymarferol ar gyfer Gweithredu Gwresogydd

Mae'r newid mewn tymheredd gweithredu diogel yn cael effaith uniongyrchol ar fanyleb gwresogydd. Bydd gan wresogydd sydd â sgôr tymheredd asid swmp 85 gradd dymheredd arwyneb 15 gradd yn uwch (oherwydd fflwcs gwres), gan gyrraedd 100 gradd ar y rhyngwyneb hylif titaniwm. Ar 200 ppm fflworid yn yr asid, mae tymheredd y rhyngwyneb 35 gradd yn uwch na'r terfyn diogel o 65 gradd, gan wthio'r gwresogydd yn dda i'r gyfundrefn cyrydu gweithredol. Mae gostwng dwysedd pŵer y gwresogydd yn lleihau tymheredd yr wyneb delta. Ar gyfer fflworid-sy'n cynnwys asid ffosfforig, mae'r defnydd o ddwysedd wat is (10-12 W/cm2 yn erbyn 20-25 W/cm2) yn golygu bod wyneb y tiwb yn nes at dymheredd swmp ac o bosibl yn parhau'n oddefol. Fel arall, mae perfformio'r broses ar dymheredd swmp is (ee gradd . 65 yn lle 85 gradd ) yn adennill yr ymyl diogelwch ar gyfer lefelau fflworid cymedrol.

Creu Manyleb Wybodus

Wrth ddewis gwresogydd gwain titaniwm Gradd 2 ar gyfer gwasanaeth asid ffosfforig, gofynnwch i labordy cydnabyddedig am ddadansoddiad fflworid o'r asid proses. Yn seiliedig ar y paramedrau gweithredu diogel uchod, a yw Gradd 2 yn addas? Os yw lefelau fflworid yn 100–300 ppm, defnyddiwch titaniwm Gradd 7 (palladiwm-wedi'i sefydlogi). Mae'r metel bonheddig yn codi'r terfyn gweithio diogel tua 25-30 gradd uwchlaw Gradd 2, gan ei fod yn gweithredu'n gatalytig mewn prosesau cathodig. Os yw'r cynnwys fflworid mewn asid ffosfforig poeth yn fwy na 300 ppm, ystyriwch wresogyddion zirconiwm sy'n llawer mwy gwrthsefyll cymhlethdod fflworid na thitaniwm. Monitro asid ffosfforig ar gyfer drifft mewn crynodiad fflworid pan fydd gwahanol sypiau mwyn yn mynd i mewn i'r broses. Gall gwresogydd a oedd yn ddiogel ychydig wythnosau ynghynt ddod yn annigonol os codir y lefel o 150 ppm i 350 ppm. Mae defnyddio crynodiad fflworid fel newidyn dylunio allweddol yn arbed syndod i'r peiriannydd yn un o'r cymwysiadau gwresogi diwydiannol mwyaf cyffredin ond sy'n anodd yn gemegol ar gyfer offer titaniwm.