Pigmentin tuotantoon (TiO₂ kloridiprosessilla) ferrikloridiliuoksen (25 %) kuumentaminen 70 asteessa, mikä titaaniseos kestää hankausta-korroosiota kiinteistä TiO2-hiukkasista?

Titaanidioksidi (TiO 2 ) -pigmentin synteesin kloridimenetelmässä käytetään kloorausaineena 25 % ferrikloridi (FeCl 3 ) -liuosta 70 asteessa. Liuos sisältää suspendoituneita TiO2-hiukkasia (halkaisija 1-10 ​​µm), jotka ovat erittäin hankaavia. Tähän lietteeseen upotetut kuumennusputket altistetaan samanaikaisesti hankaukselle (materiaalin mekaaninen poisto kiinteiden hiukkasten toimesta) ja korroosiolle (paljastuneen metallin sähkökemiallinen liukeneminen). Tämä synergia{10}}hankaus{12}}korroosio johtaa materiaalihäviöihin, jotka ovat huomattavasti korkeammat kuin kumpikaan mekanismi yksinään. Tutkimuksessa arvioidaan titaanilaatujen (2, 7, 12 ja 24) kulutuskestävyyttä TiO 2 -kuormitetussa rautakloridissa ja määritellään optimaalinen seos tätä palvelua varten.

Kulutuskorroosiomekanismi
Titaanissa passiivinen suojapinnoite tuhoutuu jatkuvasti hiukkasten törmäyksen seurauksena syövyttävässä hiukkaslietteessä. Aggressiivinen FeCl3-liuos paljastaa tuoreen paljaan titaanin, joka ruostui nopeasti ja sitten uudelleenpassivoi, vain uuden kalvon poistamiseksi seuraavassa hiukkasiskussa. Synergiakerroin (kokonaiskulutus/puhtaan hankauksen ja puhtaan korroosion summa) on 2-10 titaaniseoksilla.

Kriittiset parametrit: Hiukkasten kovuus (TiO2 on kovaa, Mohs 6-7) Hiukkasten muoto (Kulmikkaat hiukkaset ovat hankaavampia) Nopeus (Suurempi nopeus lisää iskuenergiaa) Iskukulma (Normaalit iskut aiheuttavat enemmän vahinkoa kuin katseleminen)

Vertailevat testit
Lietteen eroosio-korroosiosuojatut testit pyörivällä kiekolla (lineaarinen nopeus 2 m/s, TiO2-hiukkaset 10 paino-%, FeCl3 25%, 70 astetta, 100 h):

Luokka 2 (kaupallisesti puhdas): Passiivinen kalvo poistetaan nopeasti. Kulutuskorroosionopeus 0,8-1,2 mm/vuosi. Pinnassa syviä koloja ja kuoppia. 100 tunnin jälkeen painonpudotus vastaa 0,1 mm:n tunkeutumista. Luokka 2 ei toimi.

Luokka 7 (Ti-0,15Pd): Palladium tuottaa katodisen modifikoinnin, mikä parantaa hieman korroosionkestävyyttä, mutta ei lisää kovuutta. Kulutus-korroosionopeus on 0,5-0,9 mm/vuosi. Se on enemmän kuin 2. luokka, mutta silti korkea. Pehmeä matriisi (kovuus ~180 HV) kuluu helposti.

Luokka 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) Molybdeeni ja nikkeli nostavat kovuuden noin 200-220 HV:iin. Kulutus-korroosionopeus on 0,3-0,6 mm vuodessa. Hyvä kohtalaiseen palveluun, mutta ei paras. Parannettu suorituskyky johtuu kovemmasta pinnasta, ei lisääntyneestä korroosionkestävyydestä.

Luokka 24 (Ti-6Al-4V-0,1Ru): alfa-beta-seos, jonka kovuus on 320-360 HV (hehkutettu), lämpökäsiteltävissä 380-400 HV:iin. Rutenium (0,1 %) antaa korroosionkestävyyden, joka on samanlainen kuin luokka 7. Kulutuskorroosionopeus: 0,08-0,15 mm/vuosi, 5-10 kertaa parempi kuin Grade 2. Kova pinta kestää hiukkasten iskuja ja säilyttää siten passiivikalvon pidempään. 100 tunnin kuluttua havaittiin vain pinnallista naarmuuntumista, ei naarmuuntumista.

Kovuus kriittinen parametri
Titaaniluokan kovuus (HV, hehkutettu) Kulutus-Korroosionopeus (mm/vuosi)Suhteellinen käyttöikätekijä kustannustekijä
Arvosana 2 150-180 0.8-1.2 1x 1,0x
Arvosana 7 150-180 0.5-0.9 1.3-1.6x 1,4x arvosana 12 200-220 0.3-0.6 2-3x 1,3x
Luokka 24 (hehkutettu) 320-360 0.08-0.15 6-12x 2,0-2,5x
Arvosana 24 (ikääntynyt) 380-400 0.05-0.10 10-15 kertaa 2,2-2,8 kertaa
Hastelloy C-276 (viite) 250-300 0.08-0.12 Samanlainen kuin luokka 24 3.5-4.0x
Sovellusmatriisi TiO2-lietteenlämmittimille
Käyttökunto hiukkasia/cm3 Hiukkaskoko Virtausnopeus Suositeltu titaaniseoksen odotettu käyttöikä (1,65 mm seinä)
Matala kiintoainepitoisuus, pieni nopeus<5 wt% <5 µm <1 m/sec Grade 12 3-5 years
Tyypilliset kohtalaiset kiinteät aineet 5-15 paino-% 5-15 µm 1-2 m/s Grade 24 (hehkutettu) 5-8 vuotta vanha
Korkea kuiva-ainepitoisuus 15-25 paino-% 10-50 µm 2-3 m/s luokka 24 (ikääntynyt) 4-6 vuotta
Any service with big angular particles >50 µm 3 m/s luokka 24 paksummalla seinämällä (2,5 mm) 5-7 vuotta
Severe service (reboiler, high turbidity)Any Any >3 m/s Grade 24 tai Hastelloy C-276 Suunnittelu määritelty
Käytännön vaikutukset
Laadun 24 titaani (Ti-6Al-4V-0.1Ru) tarjoaa parhaan kestävyyden sekä hankausta että korroosiota vastaan ​​pigmenttien valmistuksessa kuumentamalla rautakloridia (25 %) suspendoitujen TiO2-hiukkasten kanssa 70 asteessa. Sen korkea kovuus (320-400 HV) estää hiukkasten iskeytymisen, kun taas rutenium antaa sille korroosionkestävyyden, joka on verrattavissa luokkaan 7. Odotettu käyttöikä 1,65 mm:n seinämillä on 5-8 vuotta-6-12 kertaa pidempi kuin luokan 2. Luokka 12 on riittävä alhaisen nopeuden tai vähäisen kiintoainepitoisuuden käyttöön, mutta epäonnistuu ennenaikaisesti normaaleissa olosuhteissa. Hiukkashuoltoa ei suositella tässä ympäristössä luokissa 2 ja 7. Luokassa 24 tilaa hehkutettu tai vanhentunut kunto kovuusvaatimusten mukaisesti. Harkitse uudessa asennuksessa luokan 24 putkia, joissa on 2,0 mm:n seinämä lisäturvamarginaalin saamiseksi. - Luo vuotuinen ultraäänipaksuuden seurantaohjelma mutkille ja sisääntuloalueille, joilla hiukkasten isku on voimakkainta. Jos sinulla on Grade 2 tai Grade 12 lämmitin, joka epäonnistuu aikaisin, harkitse luokan 24 päivittämistä seuraavan vaihdon yhteydessä. Laadun 24 kohonneet kustannukset (2-2,5 kertaa enemmän kuin luokan 2) kompensoivat pidemmällä käyttöiällä ja lyhyemmällä lämmittimen vaihtoseisokilla.