در سناریوهای گرمایش صنعتی شامل اسیدهای قوی، اکسیدان های قوی و معرف های شیمیایی بسیار خورنده، لوله های حرارتی فلزی مانند فولاد ضد زنگ و تیتانیوم با چالش های خوردگی شدید مواجه خواهند شد. در این زمان، لوله های گرمایش کوارتز، با خواص شیمیایی بسیار پایدار خود، به یک راه حل ایده آل تبدیل می شوند. جزء اصلی کوارتز دی اکسید سیلیکون با خلوص بالا (SiO2) است که دارای خواص شیمیایی تقریباً بی اثر در دمای اتاق است و می تواند در برابر فرسایش اکثر اسیدها، نمک ها و حلال های آلی مقاومت کند. مقاومت عالی در برابر خوردگی، مقاومت در برابر درجه حرارت بالا و ویژگیهای بدون آلودگی{4}} آن را به طور گسترده در صنایع نیمه هادی، شیمیایی، آبکاری، داروسازی و سایر صنایع پرتقاضا مورد استفاده قرار میدهد.
مقاومت در برابر خوردگی فوق العاده قوی لوله های گرمایش کوارتز ناشی از ساختار چهار وجهی سیلیکونی- اکسیژن در داخل ماده است. دی اکسید سیلیکون پایداری شیمیایی بسیار بالایی دارد و به سختی با هیچ اسید معدنی در دمای اتاق از جمله اسید کلریدریک، اسید سولفوریک، اسید نیتریک، آکوا رژیا و غیره واکنش نشان می دهد و حتی اگر برای مدت طولانی غوطه ور شود، سطح کوارتز خورده و رسوب نمی کند. در مقابل، لولههای گرمایش فولاد ضد زنگ به سرعت در محیطهای اسیدی قوی خورده میشوند و حتی مواد تیتانیوم نمیتوانند در برابر فرسایش اسید هیدروکلریک و سایر اسیدهای قوی کاهنده مقاومت کنند. علاوه بر این، کوارتز مقاومت بسیار خوبی در برابر حلال های آلی و محلول های نمکی دارد و می تواند عملکرد پایدار را در محیط های مختلف شیمیایی پیچیده حفظ کند.
یکی دیگر از مزایای قابل توجه لوله های گرمایش کوارتز آلودگی صفر است. از آنجایی که این ماده به خودی خود بسیار خالص است و یون های فلزی یا ناخالصی ها را در محیط گرم شده رسوب نمی دهد، به ویژه برای گرم کردن موارد با نیاز به خلوص بالا مناسب است. در صنعت تولید نیمه هادی، لوله های گرمایش کوارتز پیکربندی استاندارد برای فرآیندهای گرمایش مانند تمیز کردن ویفر و تصفیه مایع شیمیایی هستند. در صنایع دارویی و غذایی، از لولههای کوارتز برای گرم کردن محلولهای{2} با خلوص بالا برای جلوگیری از آلودگی یونهای فلزی استفاده میشود. علاوه بر این، کوارتز می تواند دمای بالا تا 1100 درجه را تحمل کند و پایداری حرارتی خوبی دارد و می تواند برای مدت طولانی در شرایط دمای بالا پایدار کار کند.
با این حال، لوله های گرمایش کوارتز نیز محدودیت های آشکاری دارند. اول از همه، کوارتز یک ماده شکننده با مقاومت ضعیف در برابر ضربه است و در اثر ضربه مکانیکی یا تغییرات شدید دما به راحتی شکسته می شود، بنابراین لازم است در هنگام نصب و استفاده از ضربه سریع سرد و گرم خودداری شود. ثانیاً، اگرچه کوارتز در برابر اکثر اسیدها مقاوم است، اما در برابر اسید هیدروفلوئوریک و اسید فسفریک غلیظ داغ مقاوم نیست و همچنین در دماهای بالا توسط محلول های قلیایی قوی خورده می شود. علاوه بر این، هدایت حرارتی کوارتز کمتر از مواد فلزی است و راندمان انتقال حرارت نسبتاً ضعیف است که باید در طراحی سیستم در نظر گرفته شود.
جدول 1 مقایسه مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی کوارتز، تیتانیوم و فولاد زنگ نزن 316
表格
| محیط خورنده | لوله گرمایش کوارتز | لوله گرمایش تیتانیوم | لوله فولادی ضد زنگ 316 |
|---|---|---|---|
| اسید نیتریک غلیظ | عالی بدون خوردگی | عالی | فقیر، خورده خواهد شد |
| اسید هیدروکلریک غلیظ | عالی بدون خوردگی | ضعیف، مقاوم نیست | بسیار ضعیف، خوردگی سریع |
| Aqua Regia | عالی بدون خوردگی | متوسط | خیلی فقیر |
| آب دریا / آب نمک | عالی | عالی | فقیر، آسان به گودال |
| هیدروفلوریک اسید | بسیار ضعیف، خوردگی سریع | خوب | خیلی فقیر |
| قلیایی قوی-درجه حرارت بالا | فقیر، خورده خواهد شد | خوب | متوسط |
| حلال های آلی | عالی | عالی | خوب |
لولههای گرمایش کوارتز با مقاومت عالی در برابر اسید و ویژگیهای آلودگی صفر- جایگاهی غیرقابل جایگزین در بسیاری از زمینههای گرمایش صنعتی خاص دارند.
