W 25% wodorotlenku sodu w temperaturze 90 stopni krzemionka (SiO₂) reaguje z tytanem, tworząc tytanian sodu (Na₂TiO₃) i łuski krzemianu sodu. Łuski te mają bardzo niską przewodność cieplną wynoszącą 0,5–1,5 W/m·K w porównaniu do 21,9 W/m·K w przypadku tytanu. Maksymalne dopuszczalne stężenie krzemionki zapobiegające tworzeniu się kamienia izolacyjnego wynosi 50 ppm. Powyżej 50 ppm grubość zgorzeliny przekracza 0,1 mm w ciągu 500 godzin, powodując znaczne straty w przenoszeniu ciepła. Kamień tworzy się w wyniku reakcji: TiO₂ + 2NaOH + SiO₂ → Na₂TiO₃ + Na₂SiO₃ + H₂O.

Mechanizm powstawania kamienia tytanianu sodu

W roztworze żrącym o temperaturze 90 stopni tytan tworzy cienką warstwę pasywną TiO₂. Krzemionka rozpuszcza się w postaci jonów krzemianowych (SiO₃²⁻). Krzemian i tytanian reagują, tworząc mieszaną kamień-krzemianu tytanianu sodu. Skala rośnie poprzez dyfuzję Ti⁴⁺ i Si⁴⁺ w istniejącej skali. Po uformowaniu łuska jest twarda, przylegająca i izolująca. Kamień nie może zostać usunięta poprzez czyszczenie kwasem bez uszkadzania metalu podstawowego tytanu.

Ilościowe tworzenie się kamienia w funkcji stężenia krzemionki

Kontrolowane testy w 25% NaOH w temperaturze 90 stopni przez 500 godzin ustaliły następujące wyniki dla tytanu klasy 2. Przy zawartości krzemionki 0 ppm grubość zgorzeliny wynosi 0 µm, skład zgorzeliny jest żaden, a redukcja przenikania ciepła wynosi 0%. Przy zawartości krzemionki 10 ppm grubość zgorzeliny wynosi 5–15 µm, skład to krzemian sodu, a redukcja przenikania ciepła wynosi 2–5%. Przy 25 ppm grubość wynosi 15–40 µm, skład jest mieszanką krzemianowo-tytanianową, a redukcja wynosi 5–15%. Przy 50 ppm, progu krytycznym, grubość wynosi 40–80 µm, w składzie dominuje tytanian sodu, a redukcja wynosi 15–30%. Przy 100 ppm grubość wynosi 80–150 µm, skład to gęsty tytanian, a redukcja wynosi 30–50%. Przy 250 ppm grubość wynosi 150–300 µm, skład jest ciężki, a redukcja wynosi 50–70%.

Wpływ temperatury i stężenia NaOH na tolerancję krzemionki

Maksymalne dopuszczalne stężenie krzemionki maleje wraz ze wzrostem temperatury i stężenia NaOH. W temperaturze 70 stopni i 25% NaOH dopuszczalna jest krzemionka<0.1 mm scale is 100 ppm, and the recommended maximum is 75 ppm. At 80°C, the allowable is 75 ppm, and the recommended is 50 ppm. At 90°C, the allowable is 50 ppm, and the recommended is 30 ppm. At 100°C, the allowable is 30 ppm, and the recommended is 20 ppm. At 110°C, the allowable is 20 ppm, and the recommended is 10 ppm. At 50% NaOH and 90°C, the allowable silica is 25 ppm.

Przewodnik dotyczący kontroli krzemionki i zapobiegania osadzaniu się kamienia

Poniższa tabela zawiera zalecenia dotyczące maksymalnego dopuszczalnego stężenia krzemionki i działań dla grzejników tytanowych klasy 2 w 25% NaOH w temperaturze 90 stopni.

Inżynieria wykraczająca poza kontrolę stężenia krzemionki

Gatunek tytanu nie zapobiega tworzeniu się kamienia, ale gatunek 7 ma lepszą odporność na korozję pod-zgorzelą. Grubość ścianki zapewnia naddatek na przenikanie ciepła; grubsza ściana ma wyższą wartość bazową ΔT, więc procentowa redukcja dla danej grubości łuski jest nieco mniejsza. Wykończenie powierzchni rury wpływa na przyczepność kamienia; powierzchnie elektropolerowane (Ra poniżej 0,3 µm) umożliwiają łatwiejsze usuwanie kamienia. Do uzupełniania żrącego-należy używać wody dejonizowanej, aby uniknąć zanieczyszczenia krzemionką. Zmiękczacz kationitowy usuwa krzemionkę. Roztwór żrący należy przefiltrować przez filtr 1 µm w celu usunięcia zawieszonych cząstek krzemionki.

Sporządzanie świadomej specyfikacji

W przypadku grzejnika tytanowego klasy 2 w 25% NaOH w temperaturze 90 stopni należy utrzymywać stężenie krzemionki poniżej 20 ppm, aby zapewnić margines bezpieczeństwa poniżej progu skalowania 50 ppm. Do makijażu używaj wody dejonizowanej-i cotygodniową kontrolę zawartości krzemionki za pomocą analizy kolorymetrycznej. Jeśli zawartość krzemionki przekracza 30 ppm, rozcieńczyć roztwór żrący wodą dejonizowaną lub całkowicie go wymienić. W przypadku istniejących grzejników z osadem krzemionkowym, usuń kamień mechanicznie za pomocą nylonowej szczotki; nie używaj do czyszczenia HF ani HCl. Kontrolując stężenie krzemionki poniżej 30 ppm, inżynier zapobiega tworzeniu się kamienia tytanianu sodu w gorącym środowisku żrącym.