Stipriai rūgštinė kvarco chlorido korozija karštuose cinko chlorido tirpaluose
Cinko chloridas (ZnCl₂) yra universali cheminė medžiaga, naudojama kaip srautas lituojant ir cinkuojant (pašalinant oksido sluoksnius), medienos konservantas, organinės sintezės katalizatorius (Friedel{0}}Crafts reakcijos) ir elektrolitas sausų elementų baterijose. Tipinės pramoninės koncentracijos svyruoja nuo 50–70 % masės, o darbinė temperatūra yra 60–80 laipsnių. Priešingai nei neutralios druskos, koncentruoti cinko chlorido tirpalai yra stipriai rūgštūs dėl intensyvios hidrolizės: Zn²⁺ + H2O ⇌ ZnOH⁺ + H⁺; ZnOH⁺ + H2O⇌ Zn(OH)2 + H⁺. 60 % ZnCl₂ tirpalo pH yra maždaug 1,5–2,5 esant 25 laipsnių temperatūrai, o esant aukštesnei temperatūrai, jis toliau krenta. Laisva rūgštis yra druskos rūgštis (HCl), nes anijonas yra chloridas. Taigi karštas koncentruotas ZnCl₂ atakuoja kvarcą tokiu pačiu mechanizmu kaip ir praskiestas HCl: protonai{18}}skatina siloksano jungčių hidrolizę, o chlorido jonai gali pagreitinti ataką dėl kompleksavimo. Ši analizė kiekybiškai įvertina, kaip ZnCl₂ koncentracija (50–70 %), temperatūra (60–80 laipsnių) ir tirpalo rūgštingumas įtakoja vienodą lydyto silicio dioksido korozijos greitį.
Lydyto silicio dioksido korozijos kinetika karštame cinko chloride
Kvarco koroziją ZnCl2 sukelia laisvas HCl, susidaręs cinko hidrolizės metu. Esant 70 laipsnių temperatūrai 60 % ZnCl₂, laisvojo HCl koncentracija yra maždaug 0,1–0,3 M (pH 0,5–1,0). Esant tokiam rūgštingumui, vienodas kvarco korozijos greitis yra 0,0003–0,0008 mm/val. Esant 80 laipsnių, greitis padidėja iki 0,0006–0,0015 mm/val. Esant 60 laipsnių, greitis yra 0,0002–0,0004 mm/val. Palyginimui, 0,2 M HCl 70 laipsnių temperatūroje korozuoja kvarcą 0,0005–0,001 mm/val. Esant 70 laipsnių kampui, 2,0 mm kvarco apvalkalas prarastų 0,0006 mm/val. × 3300 valandų=2.0 mm, todėl tarnavimo laikas būtų maždaug 3300 valandų (4,6 mėnesio). 2,5 mm sienelė suteikia 4200 valandų; 3,0 mm siena suteikia 5000 valandų.
Chlorido perteklius (iš ZnCl2) gali šiek tiek paspartinti ataką už gryno HCl, esant tam pačiam pH, nes chlorido jonai ardo hidratuotą silicio dioksido sluoksnį. Stiprinimo koeficientas yra 1,2–1,5x, palyginti su grynu HCl.
Lokalizuotas įdubimas ir nuosėdų formavimas
Cinko chlorido tirpalai linkę susidaryti bazinio cinko chlorido arba cinko hidroksido nuosėdų kaitinant arba garinant. Šios nuosėdos yra baltos ir gali būti izoliuojančios. Tačiau jie yra mažiau agresyvūs nei geležies chlorido nuosėdos. Menisko zona yra pažeidžiama kristalizacijai.
Kaip sienos storis keičia tarnavimo laiką
Gyvenimo mastelis linijiškai priklauso nuo sienelės storio. Nepertraukiamai eksploatuojant 70 laipsnių kampu, rekomenduojama 2,5–3,0 mm sieneles keisti kas 4–6 mėnesius.
Storesnių sienų šiluminė nuobauda
60% ir 70 laipsnių cinko chlorido tirpalų šilumos laidumas yra maždaug 0,50–0,55 W/(m·K). U sumažėja nuo 427 iki 292 W/(m²·K), kai padidėja nuo 1,5 iki 3,0 mm, tai yra 32 %.
Scenarijus{0}}Pagrįsta pasirinkimo matrica
| Taikymo scenarijus ir veikimo parametrai | Rekomenduojamas sienelės storis | Pagrindinis motyvas |
|---|---|---|
| Cinkavimo srautas (60% ZnCl₂, 70 laipsnių, nuolatinis, savaitinis valymas) | 2,5 – 3,0 mm, standartinė markė | Rūgštinės korozijos greitis ~0,0006 mm/val. Storesnė siena 5000 valandų. U ≈ 350 W/(m²·K). |
| Medienos konservavimas (50% ZnCl₂, 60 laipsnių, su pertrūkiais) | 2,0 mm, kaip-nubraižyta | Žemesnė temperatūra ir koncentracija. U ≈ 420 W/(m²·K). |
| Organinės sintezės katalizatorius (70% ZnCl₂, 80 laipsnių, partija) | 3,0 mm | Didelis rūgštingumas. Būtina storesnė siena. |
Papildomi dizaino pakeitimai:Pridėjus nedidelį kiekį cinko oksido, kuris neutralizuoja laisvą HCl, sumažinama korozija. Gera ventiliacija pašalina HCl garus. Periodiškas valymas vandeniu pašalina cinko druskos nuosėdas.
