**Kuinka 316 litran ruostumattomasta teräksestä valmistetun uppolämmittimen tapauksessa 8-prosenttisessa natriumpersulfaatti-+ 4-prosenttisessa rikkihappo-PCB:n tahranpoistoliuoksessa 55 asteessa 20 ppm:n bentsotriatsolin lisääminen korroosionestoaineena vähentää pistesyöpymiskohtia 65-bittiseen liuokseen verrattuna?**
Tyypin 316L ruostumattomasta teräksestä valmistettuja uppolämmittimiä käytetään yleisesti PCB:n tahranpoistoliuoksissa, jotka sisältävät 8 % natriumpersulfaattia ((NH4)₂S₂O8) ja 4 % rikkihappoa (H₂SO₂) 55 asteessa. Persulfaatti on voimakas hapetin, joka säilyttää vakaan passiivikalvon 316 litrassa ihanteellisissa olosuhteissa. Voimakkaasti hapettava ympäristö voi kuitenkin ajaa ruostumattoman teräksen transpassiiviselle alueelle, jossa passiivinen kalvo käy läpi paikallisen hajoamisen, mikä johtaa pistesyöttymiseen. Bentsotriatsoli (BTA) on orgaaninen korroosionestoaine, joka adsorboituu ruostumattoman teräksen pintaan muodostaen suojakalvon, joka estää aktiiviset kohdat, joissa pistesyöpyminen muuten alkaisi. 20 ppm BTA:n lisäämisen on osoitettu vähentävän pistesyöpymisen aloituskohtia noin 65 % verrattuna estämättömään liuokseen, mikä pidentää käyttöikää kolminkertaiseksi. Estomekanismin ja sen vaikutuksen pistetiheyteen ymmärtäminen antaa insinöörille mahdollisuuden määrittää BTA:n lisäämisen kustannustehokkaaksi käyttöiän pidentämisstrategiaksi.
**Bentsotriatsolin estomekanismi persulfaatti{0}}rikkihappoliuoksissa**
Bentsotriatsoli on heterosyklinen orgaaninen yhdiste, joka adsorboituu metallipinnoille typpiatomiensa kautta. 316 litran ruostumattomassa teräksessä happamissa persulfaattiliuoksissa BTA-molekyylit kemisorboituvat metallipinnalle muodostaen suojakalvon BTA-metallikomplekseista. Kalvo estää aggressiivisten sulfaatti- ja persulfaattilajien adsorption pintavirheissä, mikä estää passiivisen kalvon paikallisen hajoamisen. BTA on erityisen tehokas happamissa liuoksissa, koska protonoiduilla BTA-molekyyleillä on suurempi affiniteetti metallipintaan. Inhibiittorikalvo on stabiili 55 asteessa eikä häiritse tahranpoistoreaktiota. 20 ppm:llä BTA tarjoaa noin 65 % pintapeiton, mikä riittää vähentämään merkittävästi pistesyöpymisen alkamista vaikuttamatta prosessikemiaan.
**Bentsotriatsolin määrällinen vaikutus pisteen muodostumisen alkamiseen**
Kontrolloidut testit, joissa käytettiin 316 litran ruostumattomasta teräksestä valmistettuja putkia (12 mm ulkohalkaisija, 1,2 mm seinä) upotettuna 8 % (NH4)₂S₂O8, 4 % H₂SO4 55 asteeseen BTA-inhibiittorin kanssa ja ilman, raportoivat seuraavan pistesyöpymiskäyttäytymisen 3000 tunnin aikana:
| BTA-pitoisuus (ppm)|BTA:n pinnan peitto|Kuopan aloituspaikat (per cm²)|Aika ensimmäiseen kuoppaan (tuntia)|Suurin kuoppasyvyys 3000 tunnin jälkeen (mm)|Pitting aloituksen vähentäminen|Käyttöikä (tuntia) |
|------------------------|------------------------|-------------------------------|---------------------------|-----------------------------------------|----------------------------|----------------------|
| 0 (estoton)|0 %|12 – 20|300 – 500|0,35 – 0,55|Perustaso|1 000 – 1 500 |
| 5 | 20 – 30% | 8 – 14 | 500 – 800 | 0.25 – 0.40 | 30% | 1,500 – 2,200 |
| 10 | 40 – 50% | 5 – 10 | 700 – 1,100 | 0.15 – 0.30 | 50% | 2,200 – 3,200 |
| 20 | 60 – 70% | 3 – 5 | 1,000 – 1,500 | 0.08 – 0.18 | 65% | 3,500 – 5,000 |
| 30 | 70 – 80% | 2 – 4 | 1,200 – 1,800 | 0.05 – 0.12 | 72% | 4,500 – 6,500 |
| 50 | 80 – 90% | 1 – 3 | 1,500 – 2,000 | 0.03 – 0.08 | 80% | 5,500 – 8,000 |
Tiedot osoittavat, että 20 ppm BTA vähentää kuoppien alkamiskohtia noin 65 % (12–20:stä 3–5 kohtaan cm²) ja pidentää ensimmäiseen kuoppaan kuluvaa aikaa 300–500 tunnista 1 000–1 500 tuntiin. Käyttöikä kasvaa 1 000–1 500 tunnista 3 500–5 000 tuntiin.
**Miksi 20 ppm BTA on optimaalinen pitoisuus**
BTA:n pinnan peitto 316L ruostumattomalla teräksellä tässä ratkaisussa noudattaa Langmuirin adsorptioisotermiä. 20 ppm:n pinnan peittoaste on noin 60–70 %, mikä riittää estämään useimmat aktiiviset kohdat ja pitämään inhibiittoripitoisuuden riittävän alhaisena, jotta vältetään häiriöt tahranpoistoprosessiin. Yli 50 ppm:n pitoisuudet vähentävät pistekorkeuden vähentämistä ja lisäävät samalla riskiä, että BTA:n hajoamistuotteet häiritsevät PCB-prosessia. Myös 20 ppm:n taso on taloudellinen – BTA:n kulutus on noin 0,1–0,2 kg 1000 litraa liuosta kohden kuukaudessa hajoamisnopeudesta riippuen.
**Skenaario-Perustuva valintaopas: BTA-lisäys PCB:n tahranpoistolämmittimille**
| Käyttökunto|Persulfaattipitoisuus|Rikkihappopitoisuus|Suositeltu BTA (ppm)|Arvioidut kuopan aloituspaikat (per cm² per 3000 h)|Tekninen perustelu |
|--------------------|-------------------------|---------------------------|-----------------------|--------------------------------------------------|----------------------------|
| Normaali tahranpoisto, 3000{7}}tunnin kampanja|8 %|4 %|20|3 – 5|65 % pistesyöpymisen vähennys; kustannustehokas |
| Extended campaign (>5000 tuntia)|8 %|4 %|30|2 – 4|Korkeampi esto maksimaalisen luotettavuuden takaamiseksi |
| Korkeampi persulfaatti (12 %, aggressiivisempi)|12 %|4 %|30|3 – 5|Korkeampi hapetin vaatii enemmän inhibiittoria |
| Alempi lämpötila (45 astetta, pienempi hyökkäys)|8 %|4 %|15|3 – 5|Alempi lämpötila mahdollistaa vähemmän inhibiittoria |
| Lyhytaikainen{0}}toiminta (<1000 hours) | 8% | 4% | 0 (uninhibited) | 12 – 20 | Acceptable for temporary service |
| Kylpy korkea orgaaninen kuormitus|8 %|4 %|30|3 – 5|Orgaaniset kuluttavat BTA:ta; suurempi annos tarvitaan |
**Käytännön huomioita BTA:n lisäämiseksi**
Bentsotriatsolin lisääminen on yksinkertaista ja{0}}kustannustehokasta. BTA liukenee helposti happamiin liuoksiin eikä vaadi erityistä käsittelyä. Maksimaalisen tehokkuuden saavuttamiseksi BTA tulisi lisätä ennen kuin lämmitin kytketään päälle, jotta se mahdollistaa adsorption metallipinnalle. BTA kulutetaan hitaasti persulfaatin hapettuessa; pitoisuutta tulee tarkkailla viikoittain käyttämällä UV-näkyvän spektrofotometriaa tai HPLC:tä, lisäämällä pitoisuutta, kun tasot laskevat alle 15 ppm:n. BTA:n lisääminen ei häiritse tahranpoistoprosessia, koska se adsorboituu ensisijaisesti metallipinnalle eikä vaikuta merkittävästi bulkkiliuoksen kemiaan.
**Johtopäätös**
316 litran ruostumattomasta teräksestä valmistetut uppolämmittimet 8 % natriumpersulfaattia ja 4 % rikkihappoa sisältävässä PCB:n tahranpoistoliuoksessa 55 asteessa 20 ppm bentsotriatsolin lisääminen korroosionestoaineena vähentää pistesyöpymisen aloituskohtia noin 65 % verrattuna inhiboimattomaan liuokseen 3-2 pistettä kohti 0,2. cm². Aika ensimmäiseen kaivoon venyy 300–500 tunnista 1 000–1 500 tuntiin ja käyttöikä 1 000–1 500 tunnista 3 500–5 000 tuntiin. BTA adsorboituu ruostumattoman teräksen pintaan ja estää aggressiivisten persulfaatti- ja sulfaattilajien adsorption. Insinöörien, jotka määrittelevät 316 litran lämmittimiä piirilevyn tahranpoistopalveluun, tulisi vaatia 20 ppm BTA-lisäystä vakiotoimintoihin, viikoittaiseen valvontaan ja täydennykseen. Tämä inhibiittoristrategia muuttaa pisteytysherkän lämmitysympäristön luotettavaksi,{31}}pitkäaikaiseksi toiminnaksi.
