فاسفورک ایسڈ سلوشنز میں ٹریس فلورائیڈ آئنوں کی موجودگی گریڈ 2 ٹائٹینیم شیتھس کے لیے محفوظ آپریٹنگ درجہ حرارت کی حد کو کیسے بدلتی ہے؟

مرتکز فاسفورک ایسڈ (H₃PO₄) 30-85% کھاد کی تیاری، دھاتی علاج اور کیمیائی پروسیسنگ میں ایک عام ذریعہ ہے۔ گریڈ 2 ٹائٹینیم خالص فاسفورک ایسڈ میں تقریباً 80-100 ڈگری تک قابل قبول سنکنرن مزاحمت رکھتا ہے، ارتکاز پر منحصر ہے۔ فاسفیٹ راک ایسک جو فاسفورک ایسڈ کی تیاری میں استعمال ہوتے ہیں، تاہم، ایک قدرتی جزو کے طور پر فلوراپیٹائٹ پر مشتمل ہوتا ہے اور 100 اور 2,000 پی پی ایم کے درمیان مقدار میں حتمی تیزابی مصنوعات میں ٹریس فلورائیڈ آئنز (F⁻) کا حصہ ڈالتا ہے۔ فلورائیڈ آئن ٹائٹینیم کی غیر فعال فلم سے کافی مخالف ہیں۔ ٹریس مقدار میں فلورائڈ محفوظ آپریٹنگ درجہ حرارت کی حد کو تیزی سے کم کرتا ہے۔ فاسفورک ایسڈ کے استعمال میں ٹائٹینیم وسرجن ہیٹرز کی غیر متوقع تباہ کن ناکامی سے بچنے کے لیے اس تبدیلی کو سمجھنا ضروری ہے۔

فلورائڈ کے ذریعہ غیر فعالی کی خرابی کا طریقہ کار

خالص فاسفورک ایسڈ میں TiO2 تہہ ٹائٹینیم کو مستحکم بناتی ہے۔ یہ فلم فلورائڈ آئنوں سے کلورائڈز سے مختلف میکانزم سے متاثر ہوتی ہے۔ ٹائٹینیم آئن گھلنشیل ہیکسافلووروٹیٹینیٹ پرجاتیوں (TiF₆²⁻) کے ساتھ فلورائڈ کمپلیکس بناتے ہیں۔ یہ عمل فلم کی خرابی کی ضرورت کے بغیر براہ راست غیر فعال فلم سے ٹائٹینیم کو ختم کرتا ہے۔ رد عمل TiO₂ + 6F⁻ + 4H⁺ → TiF₆²⁻ + 2H₂O ہے۔ یہ ردعمل زیادہ درجہ حرارت پر تیزی سے آگے بڑھتا ہے۔ ایک بار جب فلورائڈ غیر فعال کوٹنگ سے گزرتا ہے تو بنیادی ٹائٹینیم دھات گھل جاتی ہے اور دوبارہ منتقل کرنے کی کوشش کرتی ہے۔ تاہم، فلورائڈ نئے بے نقاب ٹائٹینیم آئنوں کو پیچیدہ بناتا ہے، مستحکم فلم کی تعمیر نو کو روکتا ہے۔ اس طرح، غیر فعال رویے سے فعال سنکنرن میں تبدیلی درجہ حرارت کی حد پر ہوتی ہے جو فلورائڈ کے بڑھتے ہوئے مواد کے ساتھ کم ہوتی ہے۔ اس حد سے نیچے سنکنرن کی شرح 0.1 ملی میٹر فی سال سے کم ہے۔ درجہ حرارت میں 10-20 ڈگری کے اضافے کے لیے شرحیں حد سے 1.0 ملی میٹر/سال سے اوپر ہو سکتی ہیں۔

محفوظ آپریٹنگ درجہ حرارت کی حد مقداری تبدیلی

گریڈ 2 ٹائٹینیم کے لیے محفوظ آپریٹنگ درجہ حرارت کی حدود (جس کی تعریف 0.1 ملی میٹر فی سال سے کم سنکنرن کی شرح کے طور پر کی گئی ہے) 50% فاسفورک ایسڈ میں متنوع فلورائیڈ کی مقدار میں کنٹرول شدہ الیکٹرو کیمیکل ٹیسٹوں سے قائم کی گئی ہے:

فلورائڈ کا پتہ نہیں لگ سکتا (<10 ppm) Safe working limit 95° C. Titanium possesses a stable passive film at all practical temperatures of heater operation.

50 پی پی ایم پر فلورائڈ: محفوظ آپریٹنگ حد 82 ڈگری تک کم کر دی گئی۔ 13 ڈگری کی گراوٹ عام طاقت کی کثافت (20 W/cm2) پر، ہیٹر کی سطح کا درجہ حرارت 70 ڈگری پر بلک ایسڈ کے ساتھ بھی اس حد تک پہنچ سکتا ہے۔

فلورائیڈ 200 پی پی ایم: سروس کی حد 65 ڈگری سینٹی گریڈ تک کم کر دی گئی. 30 ڈگری گراوٹ۔ معیاری عمل درجہ حرارت (75–85 ڈگری) پر چلنے والے صنعتی فاسفورک ایسڈ ہیٹر کی اکثریت فعال سنکنرن نظام میں ہے۔

فلورائیڈ 500 پی پی ایم: محفوظ آپریٹنگ حد کو 52 ڈگری . 43 ڈگری سینٹی گریڈ کولر تک کم کر دیا گیا۔ معیاری عمل کا درجہ حرارت حد سے 20-30 ڈگری زیادہ ہے اور ہفتوں کے اندر تیزی سے ناکام ہو جائے گا۔

فلورائیڈ 1,000-2,000 ppm پر: محفوظ آپریٹنگ حد 35-40 ڈگری تک گھٹ گئی۔ گریڈ 2 ٹائٹینیم گرم ہونے پر کسی بھی درخواست کے لیے بیکار ہو جاتا ہے۔ متبادل مواد (زرکونیم، ہائی سیلیکون کاسٹ آئرن) پر غور کیا جانا چاہیے۔

فاسفورک ایسڈ کی تعداد میں درجہ حرارت کی حد میں تبدیلی

فلورائیڈ کا اثر فاسفورک ایسڈ کے ارتکاز سے متعلق ہے۔ تیزابیت کا زیادہ ارتکاز (70-85%) زیادہ کم کرنے والا ماحول اور کم مفت پانی کی سرگرمی پیدا کرتا ہے جو فلورائیڈ کی جارحیت کو بھی ایک خاص حد تک کم کرتا ہے۔ مندرجہ ذیل جدول ایک مکمل محفوظ آپریٹنگ حد رہنمائی ہے۔

فاسفورک ایسڈ کا ارتکاز فلورائڈ کنسنٹریشن (ppm F-) گریڈ 2 ٹائٹینیم کامن ڈیمیج میکانزم کے لیے محفوظ آپریٹنگ حد
30–40% <50 ppm 85°C Uniform passive thinning (<0.05 mm/yr)
30–40% 50–200 ppm 60°C Accelerated uniform corrosion with pitting 30–40% >200 ppm Not recommended High active corrosion (>1 ملی میٹر/سال)
50-65% <50 ppm 95°C Passive with occasional metastable pitting 50-65% 50-200 ppm 70°C Fluoride complexation dominates surface chemistry
50–65% 200–500 ppm 55 ڈگری نازک سروس جس میں بار بار معائنہ کی ضرورت ہوتی ہے
70-85% <50 ppm 100 C بہترین کیس غیر فعال کارکردگی
70-85% 50-200 ppm 75 ڈگری کھاد کے بہت سے استعمال کے لیے موزوں
70-85% 200-500 ppm 60 ڈگری مختصر سروس لائف (عام طور پر 6-12 ماہ)
70–85% >500 پی پی ایم 45 ڈگری گریڈ 2 نامناسب، گریڈ 7 یا زرکونیا پر غور
ہیٹر آپریشن کے لیے عملی مضمرات

محفوظ آپریٹنگ درجہ حرارت میں تبدیلی کا براہ راست اثر ہیٹر کی تفصیلات پر پڑتا ہے۔ 85 ڈگری بلک ایسڈ درجہ حرارت کے لیے درجہ بندی کردہ ہیٹر کی سطح کا درجہ حرارت 15 ڈگری زیادہ ہوگا (گرمی کے بہاؤ کی وجہ سے)، ٹائٹینیم-فلوڈ انٹرفیس پر 100 ڈگری تک پہنچ جائے گا۔ ایسڈ میں 200 پی پی ایم فلورائیڈ پر، انٹرفیس کا درجہ حرارت 65 ڈگری کی محفوظ حد سے 35 ڈگری زیادہ ہے، جو ہیٹر کو اچھی طرح سے فعال سنکنرن نظام میں دھکیلتا ہے۔ ہیٹر کی طاقت کی کثافت کو کم کرنے سے سطح کا درجہ حرارت ڈیلٹا کم ہوتا ہے۔ فلورائیڈ-جس میں فاسفورک ایسڈ ہوتا ہے، کم واٹ کثافت (10-12 W/cm2 بمقابلہ 20-25 W/cm2) کے استعمال کے نتیجے میں ٹیوب کی سطح بلک درجہ حرارت کے قریب ہوتی ہے اور ممکنہ طور پر غیر فعال رہتی ہے۔ متبادل طور پر، عمل کو کم بلک درجہ حرارت (مثلاً 85 ڈگری کی بجائے. 65 ڈگری) پر انجام دینے سے فلورائیڈ کی معتدل سطحوں کے لیے حفاظتی مارجن بحال ہو جاتا ہے۔

ایک علمی تصریح بنانا

فاسفورک ایسڈ سروس کے لیے گریڈ 2 ٹائٹینیم شیتھ ہیٹر کا انتخاب کرتے وقت، کسی تسلیم شدہ لیبارٹری سے پروسیس ایسڈ کے فلورائیڈ تجزیہ کی درخواست کریں۔ اوپر دیے گئے محفوظ آپریٹنگ پیرامیٹرز کی بنیاد پر، کیا گریڈ 2 موزوں ہے؟ اگر فلورائیڈ کی سطح 100–300 پی پی ایم ہے، تو گریڈ 7 ٹائٹینیم (پیلاڈیم-مستحکم) استعمال کریں۔ نوبل میٹل محفوظ کام کرنے کی حد کو گریڈ 2 سے تقریباً 25-30 ڈگری تک بڑھا دیتی ہے، کیونکہ یہ کیتھوڈک عمل میں اتپریرک طور پر کام کرتی ہے۔ اگر گرم فاسفورک ایسڈ میں فلورائیڈ کا مواد 300 پی پی ایم سے زیادہ ہو تو زرکونیم ہیٹر پر غور کریں جو ٹائٹینیم کے مقابلے فلورائیڈ کی پیچیدگی کے خلاف کہیں زیادہ مزاحم ہیں۔ فلورائیڈ کے ارتکاز میں بڑھنے کے لیے فاسفورک ایسڈ کی نگرانی کریں جب ایسک کے مختلف بیچ اس عمل میں داخل ہوں۔ ایک ہیٹر جو صرف چند ہفتے پہلے محفوظ تھا اگر سطح کو 150 پی پی ایم سے 350 پی پی ایم تک بڑھایا جائے تو وہ ناکافی ہو سکتا ہے۔ ایک کلیدی ڈیزائن متغیر کے طور پر فلورائیڈ کے ارتکاز کا استعمال ٹائٹینیم کے آلات کے لیے سب سے زیادہ مروجہ لیکن کیمیائی طور پر مشکل صنعتی حرارتی ایپلی کیشنز میں سے ایک انجینئر کی حیرت کو بچاتا ہے۔