Y Hydrolysis Asidig-Cydrydiad Quartz a yrrir ganddo mewn Atebion Ferric Sulfate
Defnyddir sylffad fferrig (Fe₂(SO₄)₃) yn eang mewn piclo metel (dur di-staen a chopr), trin dŵr (ceulo ar gyfer tynnu ffosffad), ac fel ysgythriad mewn gweithgynhyrchu bwrdd cylched printiedig. Mae crynodiadau diwydiannol nodweddiadol yn amrywio o 10–20% Fe₂(SO₄)₃ yn ôl pwysau, gyda thymheredd gweithredu o 60–90 gradd mewn tanciau piclo ac adweithyddion ceulo. Mae'r hydoddiant yn asidig iawn oherwydd hydrolysis helaeth yr ïon fferrig: Fe³⁺ + H₂O ⇌ FeOH²⁺ + H⁺; FeOH²⁺ + H₂O ⇌ Fe(OH)₂⁺ + H⁺; ac ymhellach i Fe(OH)₃. Yr effaith net yw crynodiad asid sylffwrig rhydd sy'n cyfateb i 0.05–0.2 M H₂SO₄ ar 10–20% Fe₂(SO₄)₃. Defnyddir gwresogyddion trochi cwarts yn aml mewn gwasanaeth sylffad fferrig oherwydd bod silica ymdoddedig yn cynnig ymwrthedd ardderchog i asid sylffwrig gwanedig. Fodd bynnag, mae sylffad fferrig yn cyflwyno mecanwaith diraddio deuol: cyrydiad asid unffurf o'r H₂SO₄ a gynhyrchir a ffurfiant dyddodion o ddyddodiad fferrig hydrocsid (Fe(OH)₃). Mae'r ferric hydrocsid a adneuwyd wedi'i inswleiddio'n thermol a gall greu mannau poeth. Yn ogystal, mae'r ïon ferric yn ocsidydd (fel FeCl₃ ond yn llai ymosodol), ond nid yw'r anion sylffad yn ymosod ar chwarts. Mae'r dadansoddiad hwn yn meintioli sut mae crynodiad Fe₂(SO₄)₃ (10–20%), tymheredd (60–90 gradd ), ac asidedd hydoddiant yn effeithio ar gyrydiad unffurf a ffurfiant dyddodion ar silica ymdoddedig.
Cineteg Cyrydiad o Silica Ymdoddedig mewn Datrysiadau Sylffad Ferric Poeth
Mae cyrydiad cwarts mewn sylffad fferrig yn cael ei yrru gan yr asid sylffwrig rhydd a gynhyrchir o hydrolysis fferrig. Ar 80 gradd mewn 15% Fe₂(SO₄)₃ (tua 0.25 M Fe³⁺), mae'r crynodiad H₂SO₄ am ddim tua 0.1–0.15 M (pH 0.8–1.0). Ar yr asidedd hwn, cyfradd cyrydiad unffurf cwarts yw 0.0003-0.0006 mm / awr. Ar 90 gradd, mae'r gyfradd yn cynyddu i 0.0006-0.001 mm/awr. Ar 60 gradd, y gyfradd yw 0.0001-0.0002 mm / awr. Er mwyn cymharu, mae 0.1 M H₂SO₄ ar 80 gradd yn cyrydu cwarts ar 0.0002-0.0004 mm/awr. Nid yw'r ïon ferric yn cyflymu ymosodiad yn sylweddol y tu hwnt i effaith yr asid rhydd. Ar 80 gradd , byddai gwain cwarts 2.0 mm yn colli 0.0005 mm/awr × 4,000 awr=2.0 mm, gan roi bywyd o tua 4,000 awr (5.5 mis). Mae wal 2.5 mm yn darparu 5,000 o oriau; mae wal 3.0 mm yn darparu 6,000 o oriau. Mae'r oesoedd hyn yn ymarferol ar gyfer gwasanaeth diwydiannol di-dor gyda gwaith cynnal a chadw chwarterol i hanner{{{{{{{{{{}}})yn flynyddol.
Ffurfio Ernes o Ferric Hydrocsid
Mae'r adwaith hydrolysis sy'n cynhyrchu asid rhydd hefyd yn cynhyrchu fferrig hydrocsid, yn enwedig ger yr wyneb cwarts lle mae'r tymheredd ar ei uchaf: Fe³⁺ + 3H₂O → Fe(OH)₃ + 3H⁺. Mae'r Fe(OH)₃ yn waddod coch gelatinaidd, brownaidd sy'n glynu wrth yr wyneb cwarts. Mae'r blaendal hwn yn insiwleiddio'n thermol; gall haen 0.1 mm leihau trosglwyddiad gwres 10-15%. Wrth i'r dyddodyn dewychu, mae'r cwarts oddi tano yn rhedeg yn boethach, gan gyflymu'r hydrolysis ac unrhyw gyrydiad asid gwaelodol. Mewn achosion difrifol, gall y blaendal golli, gan gario darnau cwarts bach. Mae'r blaendal hefyd yn lleihau'r trwch wal effeithiol trwy inswleiddio'r wyneb. Mae glanhau rheolaidd ag asid sylffwrig gwanedig (5-10%) yn hydoddi dyddodion hydrocsid fferrig heb ymosod ar chwarts.
Sut mae Trwch Wal yn Addasu Bywyd Gwasanaeth
Ar gyfer cyrydiad asid unffurf, graddfeydd bywyd yn llinol â thrwch wal. Ar 80 gradd, mae wal 2.0 mm yn darparu 4,000 o oriau; mae wal 3.0 mm yn darparu 6,000 o oriau. Ar gyfer straen thermol a achosir gan ddyddodiad, mae waliau mwy trwchus yn rhoi mwy o wrthwynebiad i gracio ond nid ydynt yn atal dyddodion rhag ffurfio. Argymhellir wal 2.5–3.0mm ar gyfer baddonau gyda dyddodiad fferrig hydrocsid sylweddol.
Cosb Thermol o Waliau Trwchus
Mae gan hydoddiannau sylffad fferig ar 15% ac 80 gradd ddargludedd thermol o tua 0.55–0.60 W/(m·K). Ar gyfer wal 1.5 mm, R_cond=0.00109; ar gyfer wal 3.0 mm, R_cond=0.00217. Gyda h=800 W/(m²·K), mae U yn disgyn o 427 i 292 W/(m²·K), gostyngiad o 32%.
Senario-Matrics Dewis Seiliedig
| Senario Cais a Pharamedrau Gweithredu | Trwch Wal a Argymhellir | Rhesymeg Graidd |
|---|---|---|
| Piclo metel (15% Fe₂(SO₄)₃, 80 gradd, glanhau parhaus, wythnosol) | 2.0 – 2.5 mm, gradd safonol, fflam-sglein | Cyfradd cyrydiad unffurf ~ 0.0005 mm / awr. Mae wal fwy trwchus yn darparu ymyl diogelwch rhag straen thermol adneuo. U ≈ 380 W/(m²·K). |
| Ceulydd trin dŵr (10% Fe₂(SO₄)₃, 70 gradd, ysbeidiol) | 2.0 mm, fel-wedi'i dynnu | Tymheredd is a defnydd ysbeidiol. Derbyniol. U ≈ 420 W/(m²·K). |
| -piclo tymheredd uchel (90 gradd , 20% Fe₂(SO₄)₃) | 2.5 - 3.0 mm | Cyfradd cyrydiad uwch. Wal mwy trwchus yn ymestyn bywyd. |
Addasiadau Dylunio Cyflenwol:Mae cynnal pH hydoddiant isel (ychwanegu H₂SO₄ am ddim) yn atal hydrolysis fferrig a ffurfiant dyddodion. Mae cynnwrf da yn atal gronynnau rhag setlo. Mae glanhau cyfnodol gyda 10% H₂SO₄ yn hydoddi dyddodion Fe(OH)₃. Mae arwyneb caboledig yn lleihau adlyniad blaendal.
