Зашто је титанијумски грејач неприкладан за загревање фосфорне киселине на температурама изнад 120 степени упркос одличним перформансама на 80 степени?

За инжењера процеса који специфицира титанијумски имерзиони грејач за сервисирање фосфорне киселине, као што је производња ђубрива, третман метала или прерада хране, перформансе титанијума 2. степена се значајно мењају између 80 степени и 120 степени. Титанијум показује изузетну отпорност на корозију у фосфорној киселини на 80 степени до концентрације до 30–40% и стопе корозије мање од 0,05 мм/годишње. Али у разблаженој фосфорној киселини (10-20%) чак и на 120 степени стопа корозије се пење на 0,5-2,0 мм/годишње – повећање од 10 до 40 пута. Ово брзо убрзање се приписује чињеници да заштитни ТиО2 пасивни премаз постаје растворљив у фосфорној киселини на повишеним температурама, посебно у присуству нечистоћа флуора или редукционих околности. Познавање ове температурне границе омогућава инжењеру да изабере алтернативне материјале (тантал, цирконијум или гвожђе са високим садржајем силицијума) за употребу фосфорне киселине на високој температури.

Механизам корозије титанијума у ​​врућој фосфорној киселини
Фосфорна киселина (Х3ПО4) је блага, не-оксидирајућа киселина. За разлику од сумпорне или хлороводоничне киселине, не ствара значајну катодну реакцију за одржавање пасивног филма титанијума. На температурама испод 80 степени, растворљивост ТиО 2 у фосфорној киселини је ниска и тако је пасивни филм стабилан. Изнад 100 степени растворљивост се брзо повећава. Реакција ТиО₂ + 4Х⁺ + 4Х₃ПО₄ → Ти(ХПО₄)₂·2Х₂О + 2Х₂О се одвија растућом брзином. Продукт корозије титанијум фосфата није{15}}заштићен и обично се таложи као муљ, излажући свеж метал непрекидном нападу. Поред тога, комерцијална фосфорна киселина садржи нечистоће флуорида (из фосфатне стене) или нечистоће сулфата (из влажног-производње) које додатно повећавају стопу корозије титанијума стварањем комплекса титанијумових јона и блокирањем репасивације.

Стопа корозије титанијума у ​​фосфорној киселини зависна од температуре – квантификација
Температура концентрације фосфорне киселине (степен) Стопа корозије титанијума 2. степена (мм/годишње) Погодност Препоручена алтернатива
10% 80 0.02–0,05 Одлично Није потребно
10% 100 0.10-0.20 Маргинални монитор уско 10% 120 0.50-1.00 Лош тантал или цирконијум
30% 80 0.03-0.08 Одлично Није потребно
30% 100 0.15 - 0.30 Надоградња граничног степена 7 30% 120 0.80 - 2.00 Неприкладан тантал 50% 80 0.05 - 0.15 Прихватљив степен 7 препоручен 50% 100 0.30 - 0.80 Лош тантал или цирконијум
50% 120 2.00–5,00 Неодговарајући тантал 85% (концентровано) 80 0.10–0,30 Потребан маргинални степен 7 85% 100 1.00–3,00 Неодговарајући тантал или графит
Водич за избор грејача на бази фосфорне киселине заснован на{0}}у сценарија
Примена и услови употребе Погодност титанијума Препоручени материјал Очекивани животни век са степеном 2 (ако се користи)
Складиштење фосфорне киселине (амбијент, 25 степени) Одличан степен 2 титанијума 20+ година
Фосфорна киселина, разблажен 10% (70 степени) титанијум 2 разреда Одличан 15-20 година
Разређена фосфорна киселина (10 %, 100 степени) Маргинални степен 7 титанијум или дебљина зида 1,5 мм 3-5 година 2 степен са годишњом инспекцијом
Разређена фосфорна киселина (10%, 120 степени) Неодговарајући тантал или цирконијум < 1 године (разред 2)
Фосфорна киселина влажног процеса (30%, 80 степени, флуориди) Лош цирконијум или графит < 2 године (Град 2)
Фосфорна киселина (85%, 80 степени) Концентрована гранична титанијум или тантал 7 степена 2–4 године (2 степен)
Фосфорна киселина са оксидирајућим нечистоћама (Фе3+, ХНО3) ОК до 100 степени Титанијум оксидатори степена 2 стабилизују пасивни филм, повећавају домет
Фосфорна киселина која садржи редукујуће нечистоће (Х2, сулфиди) Није погодно за цирконијум или тантал на 60 степени Напад се убрзава у нижим околностима
Инжењерска ублажавања за фосфорну киселину умерене температуре (90-110 степени)
За радну температуру у маргиналном региону (90–110 степени) и када замена грејача танталом није практична, постоје многа ублажавања која могу продужити животни век титанијума степена 2. Најбољи начин да се ово супротстави је додавање оксиданса у фосфорну киселину (100–200 ппм Фе3+ или 50 ппм водоник пероксида). Оксидатори потискују потенцијал корозије у пасивни регион и драстично смањују стопе корозије-за фактор од 5 до 10 на 100 степени. Друго ублажавање је надоградња на титанијум степена 7 (Ти-0,15% Пд). Укључивање паладијума помера потенцијал корозије на племенитије вредности и Граде 7 се може користити на 120 степени у 30% фосфорној киселини са стопама корозије мањом од 0,1 мм/годишње. Треће ублажавање је смањење садржаја фосфорне киселине. Стопа корозије на 100 степени смањује се за 50-70% уз смањење радне концентрације киселине са 30% на 20%.

Закључак Титанијум није погодан за фосфорну киселину на 120 степени и више
Титанијум 2 степена није погодан за загревање фосфорне киселине изнад 120 степени, чак и при ниским концентрацијама (10-20%). Титанијум ће кородирати брзином испод 0,08 мм годишње при концентрацијама фосфорне киселине до 50% на 80 степени. Растворљивост ТиО2 у врућој фосфорној киселини расте експоненцијално са температуром. На пример, идентичан материјал на 120 степени кородира 0,5 до 2,0 мм/годишње, што је повећање од 10 до 40 пута. За апликације које захтевају загревање фосфорне киселине изнад 100 степени, титанијум 7 степена (легиран паладијумом) проширује корисни опсег на 110-120 степени. Тантал или цирконијум грејачи су потребни изнад 120 степени. За сервис фосфорне киселине преко 80 степени, добављач треба да буде снабдевен специфичном концентрацијом киселине, максималном температуром и присуством флуорида или оксидирајућих загађивача како би се омогућио правилан избор материјала и избегли рани отказ.