¿Cómo afecta el tipo de lubricante para trefilado de tubos (parafina clorada frente a disulfuro de molibdeno) la contaminación por hierro de la superficie posterior a la limpieza y la tasa de decoloración en ácido acético al 99,5 % a 100 grados?

Los lubricantes de trefilado son fundamentales en la fabricación de tubos calentadores de titanio para reducir la fricción y evitar la irritación. Las parafinas cloradas y el disulfuro de molibdeno (MoS₂) son dos lubricantes comunes. Las parafinas cloradas contienen entre un 30% y un 70% de cloro y producen residuos difíciles de eliminar por completo. Incluso después de la limpieza, los restos de hierro del proceso de trefilado pueden formar complejos con residuos clorados. Este hierro residual luego se lixivia en el ácido acético al 99,5 % a 100 grados para formar acetato de hierro [Fe(CH₃COO)₃ o Fe(CH₃COO)₂], que provoca una decoloración de amarillo a marrón rojizo que se puede detectar en concentraciones tan bajas como 1 a 5 ppm. El lubricante de disulfuro de molibdeno deja un residuo distintivo que es más fácil de eliminar y no compleja el hierro de la misma manera, lo que resulta en tasas de decoloración mucho más bajas. El lubricante MoS2 se recomienda especialmente para servicios con ácido acético de alta pureza.

¿Cómo se contamina y decolora el lubricante con hierro?

Durante el trefilado del tubo, los lubricantes de parafina clorada se disuelven y liberan ácido clorhídrico que ataca la superficie y las herramientas de titanio e incrusta partículas de hierro en la superficie de titanio. Los residuos clorados también contienen hierro procedente de las matrices de embutición. Estos residuos contaminados con hierro son difíciles de eliminar con métodos de desengrasado convencionales. El hierro reacciona en ácido acético caliente: Fe + 2CH₃COOH → Fe(CH₃COO)₂ + H₂. El acetato férrico se forma en presencia de aire: 2Fe + 6CH₃COOH + 3/2O₂ → 2Fe(CH₃COO)₃ + 3H₂O. Los acetatos de hierro de colores intensos decoloran el producto del ácido acético. Lubricante de disulfuro de molibdeno sin cloro, sin captación de hierro. Se elimina más completamente mediante limpieza alcalina, que además deja poco hierro en la superficie.

Tipo de lubricante versus contaminación y decoloración cuantitativa por hierro

The data below were obtained by controlled testing of Grade 2 titanium tubes drawn with different lubricants, cleaned with an industry standard alkaline degreaser at 60°C for 10 minutes, and then placed in 99.5% acetic acid at 100°C for 500 hours. For chlorinated paraffin lubricant with chlorine content of 50 % , the residual surface iron after cleaning is 0.5-2.0 µg/cm 2 , the discoloration time to yellow tint (APHA color 10) is 50-100 hours, the discoloration time to brown tint (APHA 50) is 200-400 hours, and the concentration of iron acetate after 500 hours is 5-20 ppm. Residual iron is 0.3–1.0 µg/cm2 for chlorinated paraffin with 30% chlorine content, APHA 10 is reached in 100–200 hours, APHA 50 in 400–800 hours and iron acetate concentration is 2–10 ppm. Residual iron in molybdenum disulfide lubricant without chlorine is 0.05–0.2 µg/cm2, APHA 10 is reached in 500–1,000 hours, APHA 50 may not be reached in 1,000 hours, and iron acetate concentration is 0.5–2 ppm. Residual iron is 0.02-0.05 µg/cm2, APHA 10 is >2000 horas, y la concentración de acetato de hierro es<0.5 ppm for a no-lubricant control (experimental only, not practical).

Efecto del procedimiento de limpieza sobre la eficiencia de la eliminación del hierro

Para ambos tipos de lubricantes el procedimiento de limpieza tiene un efecto significativo sobre el hierro que queda. Para la parafina clorada, un simple desengrasado alcalino elimina del 80 al 90% del residuo dejando entre 0,5 y 2,0 µg/cm2 de hierro. Un decapado con ácido nítrico al 20% durante 10 minutos reduce el hierro restante a 0,1–0,5 µg/cm2, que es más alto que para la limpieza alcalina sola con MoS2. En el caso del lubricante MoS2, sólo el desengrasante alcalino proporciona 0,05–0,2 µg/cm². La limpieza ultrasónica en una solución detergente reduce el hierro residual en MoS 2 a 0,02-0,10 ug/cm 2. El desengrasado con vapor de tricloroetileno es eficaz para ambos tipos de lubricante, pero deja algunos rastros de residuos. La limpieza con plasma proporciona el menor contenido de hierro en ambos casos, pero es cara.

Guía de selección de limpiadores y lubricantes de servicio de ácido acético de alta pureza

La siguiente tabla brinda recomendaciones para el tipo de lubricante y el proceso de limpieza para tubos calentadores de titanio para ácido acético al 99,5% a 100 grados según los límites permisibles de decoloración y los requisitos de color del producto.

Color de ácido acético (APHA después de 500 horas) Se requiere Lubricante de dibujo sugerido Procedimiento de limpieza requerido Hierro superficial residual esperado (μg/cm²) Acetato de hierro esperado en ácido (ppm)<5 (pharmaceutical grade) Molybdenum DisulfideAlkaline degrease + acid pickle + ultrasonic <0.05 <0.5 5–10 (food grade) Molybdenum disulfideAlkaline degrease plus acid pickle 0.05-0.15 0.5-1.5 10-20 (technical grade) Molybdenum disulfide Alkaline degrease just 0.15-0.30 1.5-3.0 20-50Chlorinated Paraffin with Acid Pickle 0.3-0.8 3-8 >50 (inappropriate for high purity) Chlorinated Paraffin, Degrease Only >0.8 >8 Ingeniería más allá de la selección de lubricantes

El grado de titanio no afecta la contaminación del hierro, pero el grado 7 tiene una resistencia superior a la corrosión en ácido acético y puede usarse para un servicio prolongado antes de que se decolore por otras causas. El espesor de la pared no afecta directamente a la decoloración. El acabado de la superficie del tubo también afecta la retención de hierro; las superficies electropulidas (Ra < 0,3 µm) tienen menos superficie para atrapar el hierro y son más fáciles de limpiar. Si los calentadores actuales están descoloridos, los depósitos de acetato de hierro se pueden eliminar de la superficie mediante un proceso de limpieza con ácido cítrico al 10% a 60 grados durante 2 horas. Pero una vez incorporado al titanio es difícil eliminarlo por completo.

Especificación informada

Designar disulfuro de molibdeno como lubricante de trefilado para tubos calefactores de titanio para ácido acético al 99,5 % a 100 °C y criterios de color ajustados (APHA<10). The cleaning protocol should cover alkaline degreasing at 60°C for 10 minutes, pickling in 20% nitric acid at 50°C for 10 minutes and the final ultrasonic rinse in deionized water. If the color standards are not too high (APHA <20) alkaline degreasing alone may be sufficient. In the case of acid colour criteria less than APHA 30, discard all tubes drawn with chlorinated paraffins. Perform a leaching test on a 100 cm2 sample in 99.5% acetic acid at 100 deg C for 168 hrs; assess the acid for iron and accept only if iron is below 2 ppm. The engineer replaces chlorinated paraffin with molybdenum disulfide lubricant to reduce residual surface iron and prevent discoloration in high-purity acetic acid service.