Oksiduojančių priemaišų efektas
Pramonėje naudojama sieros rūgštis retai būna gryna. Jame yra ištirpusių metalų jonų, atsirandančių dėl priešpriešinės įrangos korozijos, pačios proceso chemijos arba iš žaliavų. Geležies geležis (Fe³⁺) ir varis varis (Cu²⁺) yra labiausiai paplitusios metalinės priemaišos. Jų koncentracija rūgštyje svyruoja nuo 10 ppm iki kelių tūkstančių ppm, priklausomai nuo proceso.
Šie ištirpę metalai nėra inertiški žiūrovai. Jie yra elektrochemiškai aktyvūs. Geležies ir vario jonai yra oksidatoriai,{2}}gali priimti elektronus ir redukuoti į geležies (Fe²⁺) ir vario (Cu⁺) būsenas. Ši oksidacinė galia turi įtakos metalų korozijai rūgštyje.
Cirkonis 702 remiasi stabilia pasyvia ZrO₂ plėvele, užtikrinančia atsparumą korozijai sieros rūgštyje. Oksiduojančios priemaišos, priklausomai nuo koncentracijos ir temperatūros, įtakoja šios plėvelės stabilumą-kartais teigiamai, kartais destruktyviai.
PTFE neturi pasyvios plėvelės. Jo atsparumas korozijai nepriklauso nuo oksiduojančios ar redukuojančios aplinkos savybių. Metalinių priemaišų buvimas ar nebuvimas rūgštyje neturi įtakos PTFE cheminiam inertiškumui. Cirkonio ir PTFE palyginimas šioje aplinkoje yra medžiaga, kurios atsparumas korozijai priklauso nuo priemaišų chemijos, ir medžiaga, kuri jai neabejinga.
Dvigubas oksiduojančių priemaišų poveikis cirkoniui
Oksiduojantys metalo jonai sieros rūgštyje veikia cirkonio koroziją dviem skirtingais būdais, priklausomai nuo jų koncentracijos.
Esant mažoms koncentracijoms (10-100 ppm), geležies ir vario jonai yra naudingi. Jie padidina cirkonio korozijos potencialą į pasyviąją sritį, sustiprindami ZrO₂ plėvelę. Sieros rūgštyje esantis cirkonis su geležies jonų pėdsaku yra atsparesnis korozijai{5}} nei cirkonis grynoje rūgštyje. Šis teigiamas poveikis yra gerai žinomas ir kartais sąmoningai naudojamas – į sieros rūgštį pridedant geležies sulfato, siekiant apsaugoti cirkonio įrangą.
Esant didelėms koncentracijoms (daugiau nei 500{5}}1000 ppm, priklausomai nuo temperatūros ir rūgšties koncentracijos), tie patys oksiduojantys jonai tampa žalingi. Padidėjęs korozijos potencialas nukreipia cirkonį į transpasyviąją sritį, kur ZrO₂ plėvelė tampa nestabili ir ištirpsta. Rezultatas yra pagreitinta, dažnai lokalizuota korozija. Šio perėjimo slenkstinė koncentracija priklauso nuo temperatūros – esant aukštesnei temperatūrai, slenkstis yra žemesnis.
| Korozijos parametras | Cirkonis 702 | PTFE |
|---|---|---|
| Apsaugos nuo korozijos mechanizmas | ZrO₂ pasyvioji plėvelė | Būdingas C-F jungties stabilumas |
| Fe³⁺ poveikis esant 10-100 ppm | Naudingas (stiprina pasyviąją plėvelę) | Jokio poveikio |
| Fe³⁺ poveikis esant 500–5000 ppm | Kenksmingas (transpasyvus tirpimas) | Jokio poveikio |
| Cu²⁺ poveikis | Panašus į Fe³⁺; slenkstis skiriasi | Jokio poveikio |
| Priemaišų koncentracijos stebėjimo reikalavimas | Kritinis (turi likti pasyviame diapazone) | Nėra |
| Priemaišų ekskurso pasekmė | Greita lokalizuota korozija | Jokių pasekmių |
Priemaišos ekskursijos scenarijus
Cheminiai procesai patiria priemaišų ekskursus. Korozuojantis siurblio sparnuotė prieš srovę išskiria geležies šliužą. Žaliavos kokybės pasikeitimas padidina vario kiekį. Šilumokaitis, sukurtas normaliam priemaišų diapazonui, yra veikiamas koncentracijos, toli už šio diapazono ribų.
Cirkonis, veikiantis „saugiu“ mažo{0}}priemaišų režimu, gali būti įstumtas į transpasyviąją koroziją geležies geležies judėjimu. Korozijos pažeidimai atsiranda kelionės metu ir gali tęstis po to, kai priemaišų lygis normalizuojasi, jei prasidėjo lokali ataka. Ekskursija gali likti nepastebėta-nėra matomų rūgšties spalvos pokyčių, o korozijos stebėjimas dažnai yra periodiškas, o ne nuolatinis.
PTFE neturi įtakos jokiai priemaišų koncentracijai. Medžiagos korozijos greitis išlieka lygus nuliui, nepaisant priemaišų chemijos. Šis abejingumas suteikia saugos ribą, kuri yra vertinga procesuose, kuriuose priemaišų lygis yra kintantis, blogai stebimas arba retkarčiais keičiasi.
Stebėjimo ir kontrolės našta
Cirkoniui sieros rūgštyje reikia stebėti oksiduojančių priemaišų koncentraciją, kad būtų užtikrinta, jog ji išlieka saugiame diapazone. Šis stebėjimas eikvoja laboratorijos išteklius ir sukuria proceso valdymo tašką, kurį reikia valdyti. Jei priemaišų koncentracijos tendencijos link transpasyvios slenksčio, reikia imtis korekcinių veiksmų -skiedimas, cheminis koregavimas arba proceso modifikavimas-.
PTFE pašalina šią stebėjimo ir kontrolės naštą. Korozijos kontrolės tikslais priemaišų analizės nereikia. Šilumokaitis saugiai veikia esant bet kokiai priemaišų koncentracijai nuo nulio iki prisotinimo. Laboratorijos ir procesų inžinerijos ištekliai, skirti priemaišų valdymui, gali būti nukreipti.
Santrauka
PTFE šilumokaičiai yra abejingi oksiduojančioms metalinėms priemaišoms sieros rūgštyje, o cirkonis 702 pereina nuo pasyvios apsaugos prie pagreitintos transpasyvios korozijos, nes priemaišų koncentracija padidėja virš slenksčio. PTFE pašalina priemaišų stebėjimo ir kontrolės poreikį ir užtikrina atsparumą priemaišoms, kurios gali sugadinti cirkonio įrangą. Procesuose, kuriuose sieros rūgšties grynumas kinta arba blogai kontroliuojamas, PTFE yra mažesnės-rizikos medžiagos pasirinkimas.
Pateikus rūgšties koncentraciją, priemaišų tipus ir koncentracijos diapazonus, darbo temperatūrą ir esamus korozijos stebėjimo duomenis, galima gauti inžinerinę pagalbą renkantis medžiagas nešvarios sieros rūgšties paslaugoms.
