산화 불순물 효과
산업용 황산은 순수한 경우가 거의 없습니다. 여기에는 업스트림 장비의 부식, 공정 화학 자체 또는 원자재에서 용해된 금속 이온이 포함되어 있습니다. 제2철(Fe³⁺)과 제2동(Cu²⁺)은 가장 흔한 금속 불순물입니다. 산의 농도는 공정에 따라 10ppm에서 수천ppm 범위입니다.
이러한 용해된 금속은 불활성 관찰자가 아닙니다. 그들은 전기 화학적으로 활성입니다. 철 이온과 구리 이온은 산화제입니다.-전자를 받아들여 철(Fe²⁺) 및 구리(Cu⁺) 상태로 환원될 수 있습니다. 이 산화력은 산에서 금속의 부식 거동에 영향을 미칩니다.
지르코늄 702는 황산 내식성을 위해 안정적인 ZrO2 부동태 피막을 사용합니다. 산화 불순물은 농도와 온도에 따라 이 필름의 안정성에 때로는 유익하게, 때로는 파괴적으로 영향을 미칩니다.-
PTFE에는 패시브 필름이 없습니다. 내식성은 환경의 산화 또는 환원 특성과 무관합니다. 산에 금속 불순물의 유무는 PTFE의 화학적 불활성에 영향을 미치지 않습니다. 이 환경에서 지르코늄과 PTFE의 비교는 내부식성이 불순물 화학에 따라 달라지는 재료와 이에 무관한 재료 사이에서 이루어집니다.
지르코늄에 대한 산화 불순물의 이중 효과
황산의 산화 금속 이온은 농도에 따라 두 가지 반대 방식으로 지르코늄 부식에 영향을 미칩니다.
낮은 농도(10-100ppm)에서는 철 이온과 구리 이온이 유익합니다. 이는 지르코늄의 부식 잠재력을 수동 영역으로 높여 ZrO2 필름을 강화합니다. 미량의 철 이온을 함유한 황산의 지르코늄은 순수한 산의 지르코늄보다 내식성이 더 높습니다-. 이 유익한 효과는 잘 알려져 있으며 때로는 지르코늄 장비를 보호하기 위해 황산에 황산제2철을 첨가하는 등 의도적으로 사용되기도 합니다.
고농도(온도와 산 농도에 따라 약 500-1,000ppm 이상)에서는 동일한 산화 이온이 유해해집니다. 부식 가능성이 높아지면 지르코늄이 통과 부동태 영역으로 이동하여 ZrO2 필름이 불안정해지고 용해됩니다. 그 결과는 가속화되고 종종 국부적인 부식이 발생합니다. 이 전이에 대한 임계값 농도는 온도에 따라 달라집니다. 온도가 높을수록 임계값은 더 낮습니다.
| 부식 매개변수 | 지르코늄 702 | PTFE |
|---|---|---|
| 부식 방지 메커니즘 | ZrO₂ 패시브 필름 | 고유한 C-F 결합 안정성 |
| 10-100ppm에서 Fe³⁺의 효과 | 유익함 (패시브 필름 강화) | 효과 없음 |
| 500-5,000ppm에서 Fe³⁺의 효과 | 유해함(통과적 용해) | 효과 없음 |
| Cu²⁺의 효과 | Fe³⁺와 유사합니다. 임계값은 다양합니다. | 효과 없음 |
| 불순물 농도 모니터링 요구 사항 | 심각(패시브 범위 내에 있어야 함) | 없음 |
| 불순물 여행의 결과 | 급속한 국부 부식 | 결과 없음 |
불순물 여행 시나리오
화학 공정에서는 불순물 이탈이 발생합니다. 부식되는 펌프 임펠러 상류는 철 슬러그를 방출합니다. 원료 품질의 변화로 인해 구리의 함량이 높아집니다. 일반 불순물 범위에 맞게 설계된 열교환기는 해당 범위를 훨씬 벗어나는 농도에 노출됩니다.
"안전한" 낮은-불순도 체제에서 작동하는 지르코늄은 철의 이탈로 인해 통과 부식이 발생할 수 있습니다. 부식 손상은 편위 중에 발생하며 국부적인 공격이 시작된 경우 불순물 수준이 정상으로 돌아온 후에도 계속될 수 있습니다. 편차가 감지되지 않을 수 있습니다.{3}}산 색상에 눈에 띄는 변화가 없으며 부식 모니터링은 연속적이지 않고 주기적으로 수행되는 경우가 많습니다.
PTFE는 불순물 농도 변화에 영향을 받지 않습니다. 불순물의 화학적 성질에 관계없이 재료의 부식률은 0으로 유지됩니다. 이러한 무관심은 불순물 수준이 다양하고, 제대로 모니터링되지 않거나, 가끔씩 변동이 발생하는 공정에서 귀중한 안전 여유를 제공합니다.
모니터링 및 제어 부담
황산의 지르코늄은 산화 불순물 농도를 모니터링하여 안전한 범위 내에 있는지 확인해야 합니다. 이러한 모니터링은 실험실 자원을 소비하고 관리해야 하는 프로세스 제어 지점을 생성합니다. 불순물 농도가 통과 임계값에 가까워지는 경우 시정 조치-희석, 화학적 조정 또는 공정 수정-을 취해야 합니다.
PTFE는 이러한 모니터링 및 제어 부담을 없애줍니다. 부식 제어 목적으로는 불순물 분석이 필요하지 않습니다. 열교환기는 0부터 포화까지 모든 불순물 농도에서 안전하게 작동합니다. 불순물 관리를 전담하는 실험실 및 공정 엔지니어링 자원을 리디렉션할 수 있습니다.
요약
PTFE 열교환기는 황산의 금속 불순물 산화에 무관심한 반면, 지르코늄 702는 불순물 농도가 임계값 이상으로 증가함에 따라 수동적 보호에서 가속된 통과 부식으로 전환됩니다. PTFE는 불순물 모니터링 및 제어의 필요성을 제거하고 지르코늄 장비를 손상시킬 수 있는 불순물 이탈에 대한 내성을 제공합니다. 황산 순도가 가변적이거나 제대로 제어되지 않는 공정에서는 PTFE가 위험도가 낮은-재료 선택입니다.
불순한 황산 서비스에서 재료 선택을 위한 엔지니어링 지원은 산 농도, 불순물 유형 및 농도 범위, 작동 온도 및 현재 부식 모니터링 데이터를 제출하면 제공됩니다.
