خوردگی کلرید اسیدی قوی کوارتز در محلول های داغ کلرید روی
کلرید روی (ZnCl2) یک ماده شیمیایی همه کاره است که به عنوان شار در لحیم کاری و گالوانیزه (حذف لایه های اکسید)، نگهدارنده چوب، کاتالیزور در سنتز آلی (واکنش های فریدل-Crafts) و الکترولیت در باتری های سلول خشک استفاده می شود. غلظتهای صنعتی معمولی از 50 تا 70 درصد وزنی با دمای عملیاتی 60 تا 80 درجه متغیر است. بر خلاف نمکهای خنثی، محلولهای کلرید روی غلیظ به دلیل هیدرولیز گسترده به شدت اسیدی هستند: Zn2+ + H2O ⇌ ZnOH+ H+. ZnOH+ + H2O ⇌ Zn(OH)2 + H+. یک محلول ZnCl2 60 درصد دارای pH تقریباً 1.5-2.5 در 25 درجه است که در دماهای بالا بیشتر کاهش می یابد. اسید آزاد اسید هیدروکلریک (HCl) است زیرا آنیون کلرید است. بنابراین، ZnCl2 غلیظ داغ از طریق همان مکانیسم HCl رقیق به کوارتز حمله می کند: پروتون{18} باعث هیدرولیز پیوندهای سیلوکسان می شود، با یون های کلرید که به طور بالقوه حمله را از طریق کمپلکس شدن تسریع می کنند. این تجزیه و تحلیل کمیت می کند که چگونه غلظت ZnCl2 (50-70٪)، دما (60-80 درجه)، و اسیدیته محلول بر نرخ خوردگی یکنواخت سیلیس ذوب شده تأثیر می گذارد.
سینتیک خوردگی سیلیس ذوب شده در کلرید روی داغ
خوردگی کوارتز در ZnCl2 توسط HCl آزاد از هیدرولیز روی هدایت می شود. در 70 درجه در 60% ZnCl2، غلظت HCl آزاد تقریباً 0.1-0.3 M (pH 0.5-1.0) است. در این اسیدیته، نرخ خوردگی یکنواخت کوارتز 0.0003-0.0008 میلی متر در ساعت است. در 80 درجه، سرعت به 0.0006-0.0015 میلی متر در ساعت افزایش می یابد. در 60 درجه، سرعت 0.0002-0.0004 میلی متر در ساعت است. برای مقایسه، 0.2 مولار هیدروکلراید در 70 درجه کوارتز را با سرعت 0.0005-0.001 میلی متر در ساعت خورده می کند. در 70 درجه، یک غلاف کوارتز 2.0 میلیمتری 0.0006 میلیمتر در ساعت × 3300 ساعت=2.0 میلیمتر از دست میدهد که تقریباً ۳۳۰۰ ساعت (۴.۶ ماه) عمر میکند. دیوار 2.5 میلی متری 4200 ساعت را فراهم می کند. یک دیوار 3.0 میلی متری 5000 ساعت را فراهم می کند.
وجود کلرید اضافی (از ZnCl2) می تواند حمله فراتر از HCl خالص را در pH یکسان کمی تسریع کند زیرا یون های کلرید لایه سیلیس هیدراته را مختل می کند. ضریب افزایش 1.2-1.5× در مقایسه با HCl خالص است.
تشکیل حفره و رسوب موضعی
محلول های کلرید روی تمایل دارند کلرید روی پایه یا هیدروکسید روی را در هنگام گرم شدن یا تبخیر رسوب دهند. این رسوبات سفید هستند و می توانند عایق باشند. با این حال، آنها نسبت به رسوبات کلرید آهن کمتر تهاجمی هستند. ناحیه منیسک در برابر تبلور آسیب پذیر است.
چگونه ضخامت دیوار عمر سرویس را تغییر می دهد
زندگی به صورت خطی با ضخامت دیوار مقیاس می شود. برای سرویس مداوم در 70 درجه، دیوارهای 2.5-3.0 میلی متری برای فواصل 4-6 ماهه تعویض توصیه می شود.
جریمه حرارتی دیوارهای ضخیم تر
محلول های کلرید روی در 60% و 70 درجه رسانایی حرارتی تقریباً 0.50-0.55 W/(m·K) دارند. هنگامی که از 1.5 به 3.0 میلی متر افزایش می یابد، U از 427 به 292 W/(m²·K) کاهش می یابد که 32٪ کاهش می یابد.
سناریو{0}}ماتریس انتخاب مبتنی بر سناریو
| سناریوی کاربردی و پارامترهای عملیاتی | ضخامت دیوار توصیه شده | دلیل اصلی |
|---|---|---|
| شار گالوانیزه (60% ZnCl2، 70 درجه، تمیز کردن مداوم، هفتگی) | 2.5 - 3.0 میلی متر، درجه استاندارد | نرخ خوردگی اسیدی ~0.0006 میلی متر در ساعت. دیوار ضخیم تر برای 5000 ساعت عمر U ≈ 350 W/(m²·K). |
| نگهداری چوب (50% ZnCl2، 60 درجه، متناوب) | 2.0 میلی متر، همانطور که- کشیده شده است | دما و غلظت کمتر. U ≈ 420 W/(m²·K). |
| کاتالیزور سنتز آلی (70% ZnCl2، 80 درجه، دسته ای) | 3.0 میلی متر | اسیدیته بالا. دیوار ضخیم تر ضروری است |
اصلاحات طراحی تکمیلی:افزودن مقدار کمی اکسید روی برای خنثی کردن HCl آزاد باعث کاهش خوردگی می شود. تهویه خوب بخار HCl را حذف می کند. تمیز کردن دوره ای با آب رسوبات نمک روی را از بین می برد.
