In sodium metasilicate (Na₂SiO₃) solutions at 80°C, silicate ions polymerize on titanium surfaces. At pH >11, el silicato forma una película protectora continua, no-porosa, con un espesor de 0,5 a 2 µm. A pH 9, la película es porosa, agrietada y no-protectora, lo que permite que el cloruro u otras especies agresivas penetren y provoquen picaduras. La diferencia surge del estado de polimerización de los iones silicato. A pH alto, el silicato existe como iones monoméricos SiO₄⁴⁻ que forman una película densa y vítrea. A un pH más bajo, el silicato se polimeriza en cadenas coloidales que producen una estructura porosa y agrietada.

El mecanismo de formación de películas de silicato dependiente del pH-

The polymerization of silicate ions follows: SiO₄⁴⁻ + H₂O → HSiO₄³⁻ + OH⁻. At high pH (>11), el equilibrio favorece a los iones monoméricos, que se depositan como una película densa de sílice amorfa. A un pH de 9 a 10, los iones se polimerizan en estructuras en forma de cadena-que crean una red porosa. La película también incorpora iones de sodio, formando un vidrio de silicato de sodio. La calidad protectora está determinada por la densidad de la película y la ausencia de micro-fisuras.

Calidad cuantitativa de la película en función del pH

Las pruebas controladas en Na₂SiO₃ al 10 % a 80 grados durante 500 horas han establecido lo siguiente para el titanio de Grado 2. A pH 8, el espesor de la película es de 0,1 a 0,3 µm, la porosidad de la película es alta, la velocidad de corrosión es de 0,15 a 0,30 mm por año y hay picaduras. A pH 9, el espesor es de 0,2 a 0,5 µm, la porosidad es alta, la velocidad de corrosión es de 0,08 a 0,20 mm por año y las picaduras son ocasionales. A pH 10, el espesor es de 0,5 a 1,0 µm, la porosidad es moderada, la velocidad de corrosión es de 0,04 a 0,10 mm por año y las picaduras son raras. A pH 11, el espesor es de 1,0 a 1,5 µm, la porosidad es baja, la velocidad de corrosión es de 0,02 a 0,05 mm por año y no se producen picaduras. A pH 12, el espesor es de 1,5 a 2,5 µm, la porosidad es muy baja, la velocidad de corrosión es de 0,01 a 0,03 mm por año y no se producen picaduras. A pH 13, el espesor es de 2,0 a 3,0 µm, la porosidad es muy baja, la velocidad de corrosión es de 0,005 a 0,015 mm por año y no se producen picaduras.

Influencia de la temperatura en el requisito de pH

El pH mínimo requerido para una película protectora aumenta con la temperatura. A 60 grados, el pH mínimo es 10,5 y el pH recomendado es 11,0. A 80 grados, el mínimo es 11,0 y el recomendado es 11,5. A 100 grados, el mínimo es 11,5 y el recomendado es 12,0. A 120 grados, el mínimo es 12,0 y el recomendado es 12,5. Las temperaturas más altas promueven la polimerización de silicatos, lo que requiere un pH más alto para mantener el estado monomérico.

Guía de control de pH para el servicio de metasilicato de sodio

La siguiente tabla proporciona recomendaciones para el control del pH para mantener una película protectora de silicato en calentadores de titanio de grado 2 en metasilicato de sodio al 10 % a 80 grados.

Ingeniería más allá del control del pH

El grado de titanio afecta el pH requerido. El grado 7 (paladio-estabilizado) forma una película protectora de silicato a un pH de 10,5 a 11,0, ligeramente inferior al grado 2. El grado 12 ofrece un comportamiento similar al grado 2. El espesor de la pared proporciona un margen de corrosión si la película no es completamente protectora. La concentración de silicato afecta la formación de película; a 5% Na₂SiO₃, el pH requerido es 11,5. Con un 15 % de Na₂SiO₃, el pH requerido es 10,5. La presencia de cloruros (de impurezas) aumenta el pH requerido entre 0,5 y 1,0 unidades. La solución debe controlarse con un medidor de pH calibrado para soluciones de pH alto-.

Hacer una especificación informada

Para un calentador de inmersión de titanio en metasilicato de sodio al 10% a 80 grados, mantenga el pH por encima de 11,0 agregando hidróxido de sodio. Instale un controlador de pH con una alarma configurada en 10,8 y un enclavamiento en 10,5. Para sistemas existentes con pH inferior a 11, agregue NaOH para elevar el pH a 11,5. Si no se puede aumentar el pH, utilice titanio de grado 7 o reduzca la temperatura a 60 grados. Durante el funcionamiento, inspeccione la superficie del calentador en busca de picaduras; Si se observan picaduras, aumente el pH inmediatamente. Al controlar el pH por encima de 11, el ingeniero garantiza la formación de una película protectora de silicato no-porosa sobre el titanio.