When a Titanium Immersion Heater Is Installed in a 10% Sodium Metasilicate Solution at 80°C, Why Does the Silicate Ion Form a Protective, Non-Porous Film Only at pH >11، اور pH 9 پر کیا ہوتا ہے؟

80 ڈگری پر سوڈیم میٹا سیلیکیٹ (Na₂SiO₃) کے محلول میں، سلیکیٹ آئن ٹائٹینیم کی سطحوں پر پولیمرائز کرتے ہیں۔ 11 سے اوپر کی pH قدروں پر، سلیکیٹ سے 0.5–2 µm موٹائی کی ایک مسلسل، غیر-غیر محفوظ، حفاظتی فلم بنتی ہے۔ پی ایچ 9 پر، کوٹنگ غیر محفوظ، ٹوٹی ہوئی اور غیر-حفاظتی ہوتی ہے اور کلورائیڈ یا دیگر جارحانہ انواع کے دخول اور پٹنگ کی اجازت دیتی ہے۔ تضاد سلیکیٹ آئنوں کی پولیمرائزیشن حالت کی وجہ سے ہے۔ اعلی پی ایچ پر، سلیکیٹ مونومیرک SiO₄⁴⁻ آئنوں کے طور پر ہوتا ہے، جو شیشے کی گھنی تہہ بناتا ہے۔ کم پی ایچ پر، سلیکیٹ کولائیڈل چینز دینے کے لیے پولیمرائز کرتا ہے جس سے ایک غیر محفوظ ٹوٹا ہوا ڈھانچہ پیدا ہوتا ہے۔

pH- منحصر سلیکیٹ فلم کی تشکیل کا طریقہ کار

The polymerization of silicate ions SiO4 4- + H2O HSiO4 3- + OH- At high pH (>11) توازن monomeric آئنوں کی طرف بڑھتا ہے جو ایک موٹی بے ساختہ سلیکا پرت کے طور پر جمع ہوتا ہے۔ pH 9-10 پر آئن زنجیر نما ڈھانچے میں پولیمرائز ہوتے ہیں جو ایک غیر محفوظ نیٹ ورک بناتے ہیں۔ فلم سوڈیم سلیکیٹ گلاس بنانے کے لیے سوڈیم آئنوں کا بھی استعمال کرتی ہے۔ تحفظ کی صلاحیت کی وضاحت فلم کی کثافت اور مائکرو کریکس کی عدم موجودگی سے ہوتی ہے۔

پی ایچ کے فنکشن کے طور پر مقداری فلم کا معیار۔

گریڈ 2 ٹائٹینیم کے لیے درج ذیل کو 10% Na2SiO3 میں 80 ڈگری پر 500 گھنٹے کے لیے کنٹرول ٹیسٹنگ کے ذریعے قائم کیا گیا ہے: pH 8 پر فلم کی موٹائی 0.1-0.3 µm ہے، فلم کی پورسٹی کافی ہے، سنکنرن کی شرح 0.15-0.30 ملی میٹر ہے اور ہر سال pitting موجود ہے۔ pH 9 پر، موٹائی 0.2–0.5 µm ہوتی ہے، پوروسیٹی زیادہ ہوتی ہے، سنکنرن کی شرح 0.08–0.20 ملی میٹر سالانہ ہوتی ہے، اور گڑھا کبھی کبھار ہوتا ہے۔ پی ایچ 10 پر، موٹائی 0.5–1.0 µm، پوروسیٹی اعتدال پسند، سنکنرن کی شرح 0.04–0.10 ملی میٹر فی سال اور کبھی کبھار ہی کھدائی ہوتی ہے۔ pH 11 پر، موٹائی 1.0–1.5 µm ہے، porosity کم سے کم ہے، سنکنرن کی شرح 0.02–0.05 mm/سال ہے اور پٹنگ غائب ہے۔ موٹائی 1.5-2.5 μm ہے، پوروسیٹی بہت کم ہے، سنکنرن کی شرح 0.01-0.03 ملی میٹر/سال ہے اور پی ایچ 12 پر کوئی پٹنگ نہیں ہوتی ہے۔ pH 13 پر، موٹائی 2.0–3.0 μm ہے، پورسٹی بہت کم ہے، سنکنرن کی شرح 0.01-0.03 ملی میٹر/سال ہے مشاہدہ کیا جاتا ہے

پی ایچ کی ضرورت پر درجہ حرارت کا اثر

حفاظتی فلم کے لیے اہم پی ایچ درجہ حرارت پر منحصر ہے۔ کم سے کم pH 60 o C پر 10.5 ہے جبکہ تجویز کردہ pH 11.0 ہے۔ 80 ڈگری پر، کم از کم 11.0 اور تجویز کردہ 11.5 ہے۔ 100 ڈگری پر کم از کم 11.5 ہے اور تجویز کردہ 12.0 ہے۔ کم از کم 12.0 ہے اور تجویز کردہ 12.5 120 ڈگری سینٹی گریڈ پر ہے۔ زیادہ درجہ حرارت سلیکیٹ پولیمرائزیشن کے حق میں ہے اور اس لیے سلیکیٹ کو مونومیرک شکل میں رکھنے کے لیے زیادہ پی ایچ کی ضرورت ہوتی ہے۔

سوڈیم میٹا سیلیکیٹ سروس پی ایچ کنٹرول گائیڈ

نیچے دی گئی جدول پی ایچ کنٹرول کے لیے ایک گائیڈ ہے تاکہ گریڈ 2 کے ٹائٹینیم ہیٹر پر 10% سوڈیم میٹا سیلیکیٹ میں 80 ڈگری پر حفاظتی سلیکیٹ فلم کو برقرار رکھا جا سکے۔

pH of Operation Film Quality Corrosion Rate (mm/year)Pitting Risk Recommended Action >11 حفاظتی<0.05 None None 10–11 Marginal 0.05–0.10 Low Increase pH with NaOH 9–10 Poor, porous 0.10–0.20 Moderate Add NaOH to increase to >11 8–9 غیر-حفاظتی 0.15–0.30 ہائی ری ڈیزائن حل<8 Unstable >0.30 شدید قابل قبول نہیں۔
انجینئرنگ اوور پی ایچ کنٹرول

مطلوبہ پی ایچ ٹائٹینیم گریڈ سے طے ہوتا ہے۔ گریڈ 7 (پیلیڈیم-مستحکم) پی ایچ 10.5 سے 11.0 پر ایک حفاظتی سلیکیٹ کوٹنگ تیار کرتا ہے، جو گریڈ 2 سے کچھ کم ہے۔ فلم کی تشکیل سلیکیٹ مواد سے متاثر ہوتی ہے. 5% Na 2 SiO 3 کے لیے pH 11.5 کی ضرورت ہوتی ہے۔ 15% Na2SiO3 پر پی ایچ کی ضرورت 10.5 ہے۔ کلورائڈز (تعفن سے) pH کی ضرورت کو 0.5 سے 1.0 pH یونٹ تک بڑھاتے ہیں۔ حل کی نگرانی کے لیے ہائی پی ایچ کے لیے کیلیبریٹڈ پی ایچ میٹر استعمال کیا جانا چاہیے۔

علم کے ساتھ قیاس بنانا

80 ڈگری پر 10% سوڈیم میٹا سیلیکیٹ میں ٹائٹینیم وسرجن ہیٹر کے لیے pH کو 11.0 سے اوپر برقرار رکھنے کے لیے سوڈیم ہائیڈرو آکسائیڈ شامل کریں۔ 10.8 پر الارم اور 10.5 پر انٹر لاک کے ساتھ پی ایچ کنٹرولر انسٹال کریں۔ پی ایچ کو 11.5 تک بڑھانے کے لیے 11 سے کم پی ایچ والے موجودہ سسٹمز میں NaOH شامل کریں۔ اگر پی ایچ نہیں بڑھایا جا سکتا ہے تو گریڈ 7 ٹائٹینیم استعمال کریں یا درجہ حرارت کو 60 ڈگری تک کم کریں۔ آپریشن کے دوران ہیٹر کی سطح پر گڑھے کی جانچ کریں۔ اگر پٹنگ نظر آئے تو فوری طور پر پی ایچ بڑھائیں۔ ٹائٹینیم کے اوپر ایک حفاظتی، غیر{14}}غیر غیر محفوظ سلیکیٹ کوٹنگ تیار کرنے کے لیے انجینئر pH کو 11 سے اوپر برقرار رکھتا ہے۔