Pour une tige chauffante en titane utilisée pour réchauffer une solution de thiocyanate de sodium à 30 % à 80 degrés, comment l'anion thiocyanate inhibe-t-il de manière compétitive les piqûres induites par le chlorure - ?

On constate que les anions thiocyanate (SCN-) s'adsorbent fortement sur la surface du titane dans 30 % de thiocyanate de sodium (NaSCN) à 80 degrés pour former une barrière protectrice. Les ions Cl- entrent en compétition avec SCN- pour les sites d'adsorption à la surface. SCN- a une affinité d'adsorption plus élevée que Cl- et, par conséquent, déplace le chlorure de la surface et empêche les piqûres induites par le chlorure-. L'efficacité d'inhibition est augmentée par la concentration de SCN- .. Les piqûres sont totalement supprimées lorsque le rapport molaire SCN- / Cl- est supérieur à 2. Le revêtement protecteur est un complexe de thiocyanate de titane- qui empêche l'entrée de chlorure à la surface métallique.

Mécanisme d’adsorption compétitive et d’inhibition des piqûres

Le thiocyanate est une base molle qui se lie de manière covalente et forte aux atomes de surface du titane. Le chlorure est une base dure et forme des connexions électrostatiques plus faibles. Dans les solutions mixtes, SCN⁻ adsorbe et bloque préférentiellement les sites de surface qui seraient disponibles pour le chlorure. La couche de SCN déposée modifie également la charge de surface et repousse les ions chlorure. L'inhibition obéit à l'isotherme de Langmuir θ  K[SCN  ] 1  K[SCN  ] (1) où θ est la couverture de surface et K est la constante d'équilibre d'adsorption.

Inhibition quantitative des piqûres en fonction du rapport SCN- / Cl-

Les éléments suivants ont été établis pour le titane de grade 2 par des tests contrôlés dans des solutions de 1 000 ppm Cl- à 80 degrés et diverses concentrations de SCN- pendant 500 heures. SCN - /Cl - rapport molaire 0 (0 ppm SCN - ) Densité de piqûres 50-150 piqûres/cm 2 Profondeur maximale des piqûres 200-500 microns La densité de piqûres à un rapport de 0,5 (500 ppm SCN-) est de 10-30 piqûres/cm2 et la piqûre la profondeur est de 50 à 100 µm. La densité de piqûres est de 2 à 10 piqûres/cm 2 et la profondeur des piqûres est de 10 à 30 µm à un rapport de 1,0 (1 000 ppm SCN -) 2,0 (2 000 ppm SCN-) a une densité de piqûres de 0 piqûres/cm2 et une profondeur de piqûres de 0 µm (protection complète). Au rapport de 5,0 (5 000 ppm SCN -), la densité de piqûres est de 0 et la profondeur des piqûres est de 0.

Rapport critique en fonction de la température et de la concentration en chlorure

À mesure que la température augmente, le rapport minimal SCN-/Cl- pour une protection complète augmente. À 40 degrés, le rapport est de 0,8. À 60 degrés, le rapport est de 1,2. Le rapport est de 2,0 à 80 degrés. Le rapport à 100 degrés est de 3,0. Le rapport requis augmente également avec la concentration en chlorure. À 500 ppm Cl⁻, le rapport est de 1,5, à 1 000 ppm Cl⁻, le rapport est de 2,0 et à 5 000 ppm Cl⁻, le rapport est de 3,0.

Thiocyanate : le secret de la prévention des piqûres de chlorure

Le tableau suivant donne des indications sur la concentration de SCN⁻ pour éviter les piqûres induites par le chlorure-sur les radiateurs en titane de grade 2 fonctionnant à 80 degrés.

Concentration de chlorure, ppm SCN− minimum pour une protection complète, ppmSCN⁻ (ppm) SCN suggéré-/Cl- Rapport molaire 100 200 300 2.0 250 500 750 2.0 500 1,000 1,500 2.0 1,000 2,000 3,000 2.0 2,000 4,000 6,000 2.0 5,000 10,000 15,000 2.0 Ingénierie au-delà du contrôle de la concentration de thiocyanate

La qualité du titane dicte la concentration de SCN⁻ nécessaire. Le grade 7 (stabilisé au palladium) a un besoin moindre (rapport 1,0-1,5 SCN-/Cl- à 80 C) en raison de sa surface plus noble. L'épaisseur de la paroi offre une marge de pénétration dans les fosses si l'inhibition n'est pas complète. La stabilité de SCN- dépend du pH. À pH < 4, SCN- s'hydrolyse en HCN et est perdu. SCN⁻ est stable à pH > 10. Les substances oxydantes (par exemple Fe³⁺) peuvent oxyder SCN⁻ en sulfate, diminuant ainsi l'inhibition.

Une spécification éclairée

Pour une tige chauffante en titane dans 30 % de thiocyanate de sodium à 80 degrés avec une contamination par du chlorure, le rapport molaire SCN-/Cl- doit être maintenu au-dessus de 2,0 pour éviter les piqûres. Si la teneur en chlorure est incertaine, utilisez SCN- à 5 000 ppm (0,5 %) comme inhibiteur général. Titrage hebdomadaire pour vérifier la concentration de SCN-. Si le rapport tombe en dessous de 2,0, ajoutez du thiocyanate de sodium. Pour les appareils de chauffage existants avec piqûres, augmenter la concentration de SCN⁻ jusqu'à 10 000 ppm pendant une courte période pour repasser la surface. L'ingénieur utilise le thiocyanate comme adsorbat compétitif pour protéger les éléments chauffants en titane contre les piqûres de chlorure.