L-Idroliżi Aċidika-Korrużjoni Mmexxija tal-Kwarz f'Soluzzjonijiet ta' Sulfat Ferriku
Sulfat ferriku (Fe₂(SO₄)₃) huwa użat ħafna fil-pickling tal-metall (azzar li ma jissaddadx u ram), trattament tal-ilma (koagulant għat-tneħħija tal-fosfat), u bħala etchant fil-manifattura tal-bord taċ-ċirkwit stampat. Konċentrazzjonijiet industrijali tipiċi jvarjaw minn 10-20% Fe₂(SO₄)₃ bil-piż, b'temperaturi operattivi ta '60-90 grad f'tankijiet tal-pickling u reatturi tal-koagulazzjoni. Is-soluzzjoni hija aċiduża ħafna minħabba idroliżi estensiva tal-jone ferriku: Fe³⁺ + H₂O ⇌ FeOH²⁺ + H⁺; FeOH²⁺ + H₂O ⇌ Fe(OH)₂⁺ + H⁺; u aktar għal Fe(OH)₃. L-effett nett huwa konċentrazzjoni ta 'aċidu sulfuriku ħieles ekwivalenti għal 0.05–0.2 M H₂SO₄ f'10–20% Fe₂(SO₄)₃. Il-ħiters tal-immersjoni tal-kwarz jintużaw ta 'spiss fis-servizz tas-sulfat ferriku minħabba li s-silika mdewba toffri reżistenza eċċellenti għall-aċidu sulfuriku dilwit. Madankollu, sulfat tal-ħadid jippreżenta mekkaniżmu ta 'degradazzjoni doppja: korrużjoni ta' aċidu uniformi mill-H₂SO₄ ġenerat u formazzjoni ta 'depożitu minn preċipitazzjoni ta' idrossidu ferriku (Fe(OH)₃). L-idrossidu ferriku depożitat huwa termalment iżolanti u jista 'joħloq hot spots. Barra minn hekk, il-jone ferriku huwa ossidatur (bħal FeCl₃ iżda inqas aggressiv), iżda l-anjoni tas-sulfat ma jattakkax il-kwarz. Din l-analiżi tikkwantifika kif il-konċentrazzjoni ta 'Fe₂(SO₄)₃ (10-20%), it-temperatura (60-90 grad), u l-aċidità tas-soluzzjoni jaffettwaw il-korrużjoni uniformi u l-formazzjoni ta' depożitu fuq silika mdewba.
Kinetika tal-Korrużjoni tas-Silika Mdewba f'Soluzzjonijiet ta 'Sulfat Ferriku sħun
Il-korrużjoni tal-kwarz fis-sulfat ferriku hija mmexxija mill-aċidu sulfuriku ħieles iġġenerat mill-idroliżi ferrika. Fi 80 grad fi 15% Fe₂(SO₄)₃ (bejn wieħed u ieħor 0.25 M Fe³⁺), il-konċentrazzjoni ħielsa H₂SO₄ hija bejn wieħed u ieħor 0.1-0.15 M (pH 0.8-1.0). F'din l-aċidità, ir-rata ta 'korrużjoni uniformi tal-kwarz hija 0.0003–0.0006 mm/siegħa. F'90 grad, ir-rata tiżdied għal 0.0006–0.001 mm/siegħa. F'60 grad, ir-rata hija 0.0001–0.0002 mm/siegħa. Għal paragun, 0.1 M H₂SO₄ f'80 grad jissaddad kwarz f'0.0002–0.0004 mm/siegħa. Il-jone ferriku ma jaċċellerax b'mod sinifikanti l-attakk lil hinn mill-effett tal-aċidu ħieles. Fi 80 grad , għant tal-kwarz ta '2.0 mm jitlef 0.0005 mm/siegħa × 4,000 siegħa=2.0 mm, li jagħti ħajja ta' madwar 4,000 siegħa (5.5 xhur). Ħajt ta '2.5 mm jipprovdi 5,000 siegħa; ħajt ta '3.0 mm jipprovdi 6,000 siegħa. Dawn il-ħajjiet huma prattiċi għal servizz industrijali kontinwu b'manutenzjoni ta' kull tliet xhur sa semi-annwali.
Formazzjoni ta' Depożitu minn Ferric Hydroxide
Ir-reazzjoni tal-idroliżi li tiġġenera aċidu ħieles tipproduċi wkoll idrossidu ferriku, speċjalment ħdejn il-wiċċ tal-kwarz fejn it-temperatura hija l-ogħla: Fe³⁺ + 3H₂O → Fe(OH)₃ + 3H⁺. Il-Fe(OH)₃ huwa preċipitat ġelatinoż, kannella-aħmar li jeħel mal-wiċċ tal-kwarz. Dan id-depożitu huwa termalment iżolanti; saff ta' 0.1 mm jista' jnaqqas it-trasferiment tas-sħana b'10–15%. Hekk kif id-depożitu jeħxien, il-kwarz ta 'taħt jisħon, u jaċċellera kemm l-idroliżi kif ukoll kwalunkwe korrużjoni tal-aċidu sottostanti. F'każijiet severi, id-depożitu jista 'jinfirex, iġorr frammenti żgħar tal-kwarz. Id-depożitu jnaqqas ukoll il-ħxuna effettiva tal-ħajt billi jiżolla l-wiċċ. Tindif regolari b'aċidu sulfuriku dilwit (5-10%) jinħall id-depożiti ta 'idrossidu ferriku mingħajr ma jattakka l-kwarz.
Kif il-Ħxuna tal-Ħitan timmodifika l-Ħajja tas-Servizz
Għal korrużjoni ta 'aċidu uniformi, skali tal-ħajja b'mod lineari mal-ħxuna tal-ħajt. Fi 80 grad, ħajt ta '2.0 mm jipprovdi 4,000 siegħa; ħajt ta '3.0 mm jipprovdi 6,000 siegħa. Għal stress termali indott minn depożitu-, ħitan eħxen jipprovdu reżistenza akbar għall-qsim iżda ma jipprevjenux il-formazzjoni tad-depożitu. Ħajt ta' 2.5–3.0 mm huwa rakkomandat għal banjijiet bi preċipitazzjoni sinifikanti ta' idrossidu ferriku.
Penali Termali ta' Ħitan Eħxen
Is-soluzzjonijiet tas-sulfat ferriku f'15% u 80 grad għandhom konduttività termali ta 'madwar 0.55-0.60 W/(m·K). Għal ħajt ta' 1.5 mm, R_cond=0.00109; għal ħajt ta' 3.0 mm, R_cond=0.00217. B'h=800 W/(m²·K), U tinżel minn 427 għal 292 W/(m²·K), tnaqqis ta' 32%.
Matriċi tal-Għażla Ibbażata fuq Xenarju-
| Xenarju ta' Applikazzjoni u Parametri Operattivi | Ħxuna tal-Ħajt Rakkomandata | Raġunar ewlieni |
|---|---|---|
| Pickling tal-metall (15% Fe₂(SO₄)₃, 80 grad, tindif kontinwu, kull ġimgħa) | 2.0 – 2.5 mm, grad standard, fjamma-illustrat | Rata ta 'korrużjoni uniformi ~ 0.0005 mm/siegħa. Ħajt eħxen jipprovdi marġni ta 'sigurtà kontra stress termali depożitu. U ≈ 380 W/(m²·K). |
| Koagulant għat-trattament tal-ilma (10% Fe₂(SO₄)₃, 70 grad, intermittenti) | 2.0 mm, kif-miġbud | Temperatura aktar baxxa u użu intermittenti. Aċċettabbli. U ≈ 420 W/(m²·K). |
| Pickling f'{0}}temperatura għolja (90 grad, 20% Fe₂(SO₄)₃) | 2.5 – 3.0 mm | Rata ta 'korrużjoni ogħla. Ħajt eħxen jestendi l-ħajja. |
Modifiki Kumplimentari tad-Disinn:Iż-żamma tal-pH tas-soluzzjoni baxxa (żieda ta 'H₂SO₄ ħielsa) trażżan l-idroliżi ferrika u l-formazzjoni tad-depożitu. Aġitazzjoni tajba tipprevjeni l-issetiljar tal-partiċelli. Tindif perjodiku b'10% H₂SO₄ jinħall id-depożiti ta' Fe(OH)₃. Wiċċ illustrat inaqqas l-adeżjoni tad-depożitu.
