In sodium metasilicate (Na₂SiO₃) solutions at 80°C, silicate ions polymerize on titanium surfaces. At pH >11, o silicato forma uma película protetora contínua, não{1}}porosa, com espessura de 0,5–2 µm. Em pH 9, o filme é poroso, rachado e não{6}}protetor, permitindo que cloreto ou outras espécies agressivas penetrem e causem corrosão. A diferença surge do estado de polimerização dos íons silicato. Em pH alto, o silicato existe como íons SiO₄⁴⁻ monoméricos que formam uma película vítrea densa. Em pH mais baixo, o silicato polimeriza em cadeias coloidais que produzem uma estrutura porosa e rachada.

O mecanismo de formação de filme de silicato dependente do pH-

The polymerization of silicate ions follows: SiO₄⁴⁻ + H₂O → HSiO₄³⁻ + OH⁻. At high pH (>11), o equilíbrio favorece os íons monoméricos, que se depositam como um filme denso de sílica amorfa. Em pH 9–10, os íons polimerizam em estruturas semelhantes a cadeias que criam uma rede porosa. O filme também incorpora íons de sódio, formando um vidro de silicato de sódio. A qualidade da proteção é determinada pela densidade do filme e pela ausência de micro-fissuras.

Qualidade quantitativa do filme em função do pH

Testes controlados em Na₂SiO₃ a 10% a 80 graus durante 500 horas estabeleceram o seguinte para titânio Grau 2. Em pH 8, a espessura do filme é de 0,1–0,3 µm, a porosidade do filme é alta, a taxa de corrosão é de 0,15–0,30 mm por ano e há presença de corrosão. Em pH 9, a espessura é de 0,2–0,5 µm, a porosidade é alta, a taxa de corrosão é de 0,08–0,20 mm por ano e a corrosão por corrosão é ocasional. Em pH 10, a espessura é de 0,5–1,0 µm, a porosidade é moderada, a taxa de corrosão é de 0,04–0,10 mm por ano e a corrosão por corrosão é rara. Em pH 11, a espessura é de 1,0–1,5 µm, a porosidade é baixa, a taxa de corrosão é de 0,02–0,05 mm por ano e não ocorre corrosão por corrosão. Em pH 12, a espessura é de 1,5–2,5 µm, a porosidade é muito baixa, a taxa de corrosão é de 0,01–0,03 mm por ano e não ocorre corrosão por corrosão. Em pH 13, a espessura é de 2,0–3,0 µm, a porosidade é muito baixa, a taxa de corrosão é de 0,005–0,015 mm por ano e não ocorre corrosão por corrosão.

Influência da temperatura na exigência de pH

O pH mínimo necessário para uma película protetora aumenta com a temperatura. A 60 graus, o pH mínimo é 10,5 e o pH recomendado é 11,0. A 80 graus, o mínimo é 11,0 e o recomendado é 11,5. A 100 graus, o mínimo é 11,5 e o recomendado é 12,0. A 120 graus, o mínimo é 12,0 e o recomendado é 12,5. Temperaturas mais elevadas promovem a polimerização do silicato, necessitando de um pH mais elevado para manter o estado monomérico.

Guia de controle de pH para serviço de metassilicato de sódio

A tabela a seguir fornece recomendações para controle de pH para manter uma película protetora de silicato em aquecedores de titânio Grau 2 em metassilicato de sódio a 10% a 80 graus.

Engenharia além do controle de pH

O grau de titânio afeta o pH necessário. O Grau 7 (paládio-estabilizado) forma uma película protetora de silicato em pH 10,5–11,0, ligeiramente inferior ao Grau 2. O Grau 12 oferece comportamento semelhante ao Grau 2. A espessura da parede fornece uma tolerância à corrosão se o filme não for totalmente protetor. A concentração de silicato afeta a formação do filme; a 5% de Na₂SiO₃, o pH necessário é 11,5. A 15% de Na₂SiO₃, o pH necessário é 10,5. A presença de cloretos (de impurezas) aumenta o pH necessário em 0,5–1,0 unidades. A solução deve ser monitorada com um medidor de pH calibrado para soluções de-pH alto.

Fazendo uma especificação informada

Para um aquecedor de imersão de titânio em metassilicato de sódio a 10% a 80 graus, mantenha o pH acima de 11,0 adicionando hidróxido de sódio. Instale um controlador de pH com alarme definido em 10,8 e intertravamento em 10,5. Para sistemas existentes com pH abaixo de 11, adicione NaOH para aumentar o pH para 11,5. Se o pH não puder ser aumentado, use titânio grau 7 ou reduza a temperatura para 60 graus. Durante a operação, inspecione a superfície do aquecedor quanto a corrosão; se for observada corrosão, aumente o pH imediatamente. Ao controlar o pH acima de 11, o engenheiro garante a formação de uma película protetora de silicato não{13}}porosa no titânio.