Para la producción de pigmentos (TiO₂ mediante proceso de cloruro), calentando una solución de cloruro férrico (25%) a 70 grados, ¿qué aleación de titanio resiste la abrasión-corrosión de partículas sólidas de TiO₂?

El procedimiento de cloruro para la síntesis del pigmento de dióxido de titanio (TiO 2 ) utiliza una solución de cloruro férrico (FeCl 3 ) al 25% a 70 grados como agente clorante. La solución contiene partículas de TiO2 suspendidas (1-10 ​​µm de diámetro) que son muy abrasivas. Los tubos calefactores sumergidos en esta suspensión están expuestos simultáneamente a la abrasión (eliminación mecánica del material por partículas sólidas) y a la corrosión (disolución electroquímica del metal expuesto). Esta sinergia-abrasión-corrosión genera tasas de pérdida de material significativamente más altas que cualquiera de los mecanismos por separado. El estudio evalúa la resistencia a la corrosión por abrasión de los grados de titanio (2, 7, 12 y 24) en cloruro férrico cargado de TiO 2 y define la aleación óptima para este servicio.

Mecanismo de corrosión por abrasión
En el titanio, la capa protectora pasiva se destruye continuamente por el impacto de partículas en una suspensión corrosiva con partículas. La agresiva solución de FeCl3 expone titanio desnudo fresco que se corroyó rápidamente y luego se volvió a pasivar, solo para que el siguiente impacto de partículas eliminara la nueva película. El factor de sinergia (desgaste total/suma de abrasión pura y corrosión pura) está entre 2 y 10 para las aleaciones de titanio.

Parámetros críticos: Dureza de la partícula (el TiO2 es duro, Mohs 6-7) Forma de la partícula (las partículas angulares son más abrasivas) Velocidad (una mayor velocidad aumenta la energía del impacto) Ángulo de impacto (los impactos normales causan más daño que los de refilón)

Pruebas comparativas
Pruebas de erosión de lodo-corrosión controlada con un disco giratorio (velocidad lineal 2 m/s, partículas de TiO2 10% en peso, FeCl3 25%, 70 grados, 100 h):

Grado 2 (comercialmente puro): La película pasiva se elimina rápidamente. Tasa de corrosión por abrasión 0,8-1,2 mm/año. Hendiduras y hoyos profundos en la superficie. Después de 100 h la pérdida de peso equivale a una penetración de 0,1 mm. El grado 2 no funciona.

Grado 7 (Ti-0,15Pd): el paladio produce una modificación catódica que mejora marginalmente la resistencia a la corrosión pero no aumenta la dureza. La tasa de corrosión por abrasión es de 0,5 a 0,9 mm/año. Es más de segunda clase, pero sigue siendo alto. La matriz blanda (dureza ~180 HV) se desgasta fácilmente.

Grado 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) La dureza se eleva a aproximadamente 200-220 HV mediante molibdeno y níquel. La tasa de corrosión por abrasión es de 0,3 a 0,6 mm por año. Bueno para un servicio moderado pero no el mejor. El rendimiento mejorado se debe a una superficie más dura, no a una mayor resistencia a la corrosión.

Grado 24 (Ti-6Al-4V-0.1Ru): aleación alfa-beta con una dureza de 320-360 HV (recocida), tratable térmicamente a 380-400 HV. El rutenio (0,1%) proporciona una resistencia a la corrosión similar al Grado 7. Tasa de corrosión por abrasión: 0,08-0,15 mm/año, 5-10 veces mejor que el Grado 2. La superficie dura resiste el impacto de partículas y, por lo tanto, mantiene la película pasiva por más tiempo. Después de 100 h sólo se observó rascado superficial, ningún rascado.

La dureza como parámetro crítico
Grado de titanio Dureza (HV, recocido) Abrasión-Tasa de corrosión (mm/año)Factor de vida relativa Factor de costo
Calificación 2 150-180 0.8-1.2 1x 1,0x
Calificación 7 150-180 0.5-0.9 1.3-1.6x 1,4x Calificación 12 200-220 0.3-0.6 2-3x 1,3x
Grado 24 (recocido) 320-360 0.08-0.15 6-12x 2,0-2,5x
Grado 24 (edad) 380-400 0.05-0.10 10-15 veces 2,2-2,8 veces
Hastelloy C-276 (como referencia) 250-300 0.08-0.12 Similar al grado 24 3.5-4.0x
Matriz de aplicaciones para calentadores de lodos de TiO2
Condición de servicio Partículas/cm3 Tamaño de partícula Velocidad de flujo Vida útil recomendada de la aleación de titanio (pared de 1,65 mm)
Bajos sólidos, baja velocidad.<5 wt% <5 µm <1 m/sec Grade 12 3-5 years
Sólidos moderados típicos 5-15 % en peso 5-15 µm 1-2 m/s Grado 24 (recocido) 5-8 años
Alto contenido de sólidos 15-25 % en peso 10-50 µm 2-3 m/s Grado 24 (envejecido) 4-6 años
Any service with big angular particles >50 µm 3 m/s Grado 24 con pared más gruesa (2,5 mm) 5-7 años
Severe service (reboiler, high turbidity)Any Any >3 m/s Grado 24 o Hastelloy C-276 Diseño especificado
Implicaciones prácticas
El titanio de grado 24 (Ti-6Al-4V-0.1Ru) ofrece la mejor resistencia tanto a la abrasión como a la corrosión en la producción de pigmentos al calentar cloruro férrico (25%) con partículas de TiO₂ suspendidas a 70 grados. Su alta dureza (320-400 HV) evita el impacto de partículas, mientras que el rutenio le otorga una resistencia a la corrosión comparable al Grado 7. La vida útil esperada con una pared de 1,65 mm es de 5 a 8 años, de 6 a 12 veces más que el Grado 2. El Grado 12 es adecuado para servicios de baja velocidad o bajos sólidos, pero fallará prematuramente en condiciones normales. No se sugiere ningún servicio de partículas en este entorno de grado 2 y grado 7. Para el grado 24, solicite la condición recocida o envejecida según lo requieran las especificaciones de dureza. Para una instalación nueva, considere tubos de grado 24 con pared de 2,0 mm para obtener un margen de seguridad adicional.. - Establezca un programa anual de monitoreo de espesor ultrasónico en curvas y zonas de entrada donde el impacto de partículas es más severo. Si tiene un calentador de Grado 2 o Grado 12 que falla antes de tiempo, considere actualizarlo a Grado 24 en el momento del próximo reemplazo. El mayor costo del grado 24 (2-2,5 veces más que el grado 2) se compensa con una mayor vida útil y un menor tiempo de inactividad por reemplazo del calentador.