Ứng dụng Titan trong ngành công nghiệp clo{0}}kiềm

Lý do cơ bản khiến titan chiếm ưu thế trong thiết bị clo{0}}kiềm nằm ở đặc tính thụ động của nó. Khi tiếp xúc với môi trường oxy hóa-đặc biệt là khí clo ẩm-titan nhanh chóng hình thành một màng oxit bảo vệ, ổn định trên bề mặt của nó. Lớp thụ động này bảo vệ kim loại bên dưới khỏi sự tấn công hóa học mạnh mẽ trong những điều kiện có thể làm suy giảm nhanh chóng thép không gỉ, hợp kim đồng và thậm chí nhiều vật liệu gốc niken. Trong môi trường clo ướt có nhiệt độ-cao, titan có tốc độ ăn mòn chỉ ở mức micron mỗi năm. Sự kết hợp giữa tính không ổn định nhiệt động lực học trong khối (thế điện cực tiêu chuẩn của Ti²⁺/Ti ở -1,63V) và tính ổn định động học thông qua quá trình thụ động bề mặt đã mang lại cho titan vị trí độc nhất trong luyện kim clo-kiềm.

Ứng dụng quan trọng nhất của titan trong sản xuất clo{0}}kiềm là trong pin điện phân. Tế bào điện phân cực dương kim loại và máy điện phân màng trao đổi ion-sử dụng titan làm chất nền cho các cấu trúc gốc titan ổn định kích thước (DSA)-được phủ bằng các oxit kim loại quý như ruthenium, iridium hoặc sự kết hợp của chúng.

Việc chuyển đổi từ cực dương than chì sang cực dương DSA{0}}làm bằng titan đã đánh dấu một cuộc cách mạng công nghệ trong ngành. Cực dương titan có kích thước ổn định trong suốt thời gian sử dụng, cho phép kiểm soát khe hở điện cực chính xác và phân phối dòng điện ổn định. Sự ổn định về chiều này chuyển trực tiếp thành điện áp di động thấp hơn và giảm mức tiêu thụ điện năng. Công nghệ DSA, được tiên phong vào những năm 1950 và được thương mại hóa vào cuối những năm 1960, đã nhanh chóng được áp dụng trên khắp Hoa Kỳ, Ý, Nhật Bản và Đức.

Trong máy điện phân màng trao đổi ion, titan được sử dụng rộng rãi không chỉ cho cực dương mà còn cho hệ thống tuần hoàn anolyte, hệ thống xử lý nước muối và các bộ trao đổi nhiệt khác nhau. Các ngăn anốt của các tế bào này được chế tạo từ titan để chịu được môi trường anolyte có tính oxy hóa cao.

Quá trình điện phân nước muối tạo ra một lượng lớn khí clo nóng ẩm phải được làm lạnh và sấy khô trước khi xử lý tiếp. Môi trường này là một trong những môi trường ăn mòn nhất gặp phải trong hóa học công nghiệp. Những nỗ lực ban đầu sử dụng bộ làm mát bằng than chì, thủy tinh, gốm và nhựa đều gặp phải những hạn chế cơ bản-ăn mòn, nứt, lão hóa và truyền nhiệt kém.

Bộ làm mát bằng titan đã thay đổi hoàn toàn cảnh quan này. Thử nghiệm đã chứng minh rằng titan trong khí clo nóng ẩm chỉ ăn mòn ở mức 0,0025mm mỗi năm. Nga đã đi tiên phong trong việc sử dụng bộ làm mát khí clo bằng titan vào năm 1963, và Công ty Hóa chất Đồng minh của Hoa Kỳ đã nhanh chóng làm theo, thay thế các bộ phận than chì bằng titan. Trung Quốc sản xuất máy làm mát titan đầu tiên vào năm 1965 và đến năm 1973, máy làm mát hình ống bằng titan đã hoạt động trên nhiều tỉnh.

Những lợi ích còn vượt xa khả năng chống ăn mòn. Bộ làm mát bằng titan rút ngắn quá trình làm mát và sấy khô, giảm thất thoát khí clo, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và cải thiện tính ổn định của khí nén. Một số thiết bị làm mát clo ướt bằng titan được lắp đặt trong các nhà máy clo-kiềm đã hoạt động được gần hai thập kỷ mà không có dấu hiệu xuống cấp.

Bộ làm nóng nước muối tinh chế đại diện cho một ứng dụng quan trọng khác. Những bộ trao đổi nhiệt này phải duy trì hoạt động ổn định ở nhiệt độ cao trong môi trường giàu clorua. Các bó ống titan cung cấp khả năng chống ăn mòn cần thiết đồng thời mang lại hiệu suất truyền nhiệt đáng tin cậy.

Trong các hệ thống khử clo, titan là vật liệu được lựa chọn cho tháp khử clo, máy bơm và van dùng trong khử clo chân không. Các thành phần này phải chống lại sự tấn công từ clo tự do còn sót lại trong dòng quy trình. Thiết bị titan kéo dài thời gian bảo trì một cách hiệu quả và đảm bảo chất lượng nước muối tái chế.

Máy bơm và van titan đóng vai trò thiết yếu trong việc vận chuyển môi trường khắp nhà máy clo{0}}kiềm. Trong quá trình điện phân màng và điện phân thủy ngân, bơm titan cung cấp giải pháp kinh tế nhất để xử lý dòng kali hypoclorit và natri hypoclorit. Một trường hợp đáng chú ý liên quan đến một công ty Hoa Kỳ sử dụng máy bơm titan để xử lý dung dịch muối 85 độ chứa tinh thể NaCl và clo tự do-máy bơm đã chứng minh tuổi thọ sử dụng hơn 10 năm. Trong hệ thống vận chuyển khí clo, đường ống titan giải quyết các hạn chế về độ bền và độ kín mà trước đây gặp phải với vật liệu phi kim loại.

Ngành công nghiệp clo{0}}kiềm đã trải qua ba quá trình chuyển đổi thiết bị chính trong sản xuất xút: từ bình chứa nằm ngang đến máy điện phân màng ngăn dọc vào những năm 1960, từ than chì sang cực dương kim loại vào những năm 1970 và đến công nghệ màng trao đổi ion-vào những năm 1980. Titan là trung tâm của hai cuộc cách mạng sau này.

Ngày nay, thiết bị titan-bao gồm cực dương, máy điện phân, bộ làm mát, bộ sấy sơ bộ, tháp khử clo, máy bơm, van và đường ống-tạo thành xương sống của quá trình sản xuất clo-kiềm hiện đại. Khả năng chống ăn mòn, độ ổn định kích thước và tuổi thọ lâu dài của vật liệu đã cho phép mật độ dòng điện cao hơn, mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn, các chiến dịch mở rộng thiết bị và giảm tác động đến môi trường. Ngành công nghiệp clo{5}}kiềm vẫn là một trong những ngành tiêu thụ titan lớn nhất trong lĩnh vực hóa chất và titan tiếp tục tạo động lực mới cho sự phát triển công nghiệp.

Liên hệ ngay