L'industria cloro-soda è un'industria chimica che produce cloro gassoso e soda caustica per mezzo di una soluzione acquosa di sali elettrolitici. Ha una storia di oltre 100 anni ed è anche la prima applicazione del titanio nell'industria chimica. Nella produzione di cloro-alcali, le apparecchiature in titanio comprendono principalmente elettrolizzatori ad anodo metallico, elettrolizzatori a membrana a scambio ionico, raffreddatore tubolare di cloro umido, preriscaldatore di salamoia raffinata, torri di declorazione, torre di raffreddamento e lavaggio dei cloro-alcali, pompa e valvola di declorazione sotto vuoto e altre apparecchiature in titanio. Negli anni '70 ha sostituito la grafite come materiale primario negli scrubber di raffreddamento del cloro. Oggi il titanio è un materiale anticorrosione ampiamente utilizzato nell'industria dei cloro-alcali; la sua superiore resistenza alla corrosione lo rende ideale per la produzione di anodi metallici e altre apparecchiature di lavorazione. Perché? Perché il titanio è popolare in questo settore? Partiamo dalle sue caratteristiche.

Le caratteristiche del titanio
La resistenza alla corrosione è una caratteristica importante dell'industria del cloro alcalino. Il mezzo di processo e le sostanze corrosive, come l'acido solforico, il cloro gassoso, l'acido cloridrico e la soda caustica utilizzati nell'industria dei cloro-alcali, provocano effetti negativi sulle tubazioni e sui dispositivi. Pertanto, le attrezzature e i materiali della produzione di cloro-alcali presentano requisiti più elevati di resistenza alla corrosione. La lega di titanio ha un'eccellente resistenza alla corrosione, un'elevata resistenza, leggerezza e buona stabilità, per cui è favorita nella produzione dell'industria dei cloro-alcali.

Il titanio è spesso utilizzato in ambienti estremamente corrosivi e questo lo rende più adatto di altri metalli per tali applicazioni, soprattutto quando sviluppa un film di ossido passivo sulla superficie. Questa pellicola è composta da materiali cristallini che hanno un'elevata integrità e aderenza. Quando una lega di titanio viene danneggiata, la pellicola passiva guarisce da sola. Inoltre, l'anodizzazione è un processo efficace per migliorare la pellicola protettiva del titanio. Presenta un'eccellente resistenza alla corrosione in acqua di mare e agli idrocarburi. Inoltre, il titanio presenta una forte tendenza alla passivazione, il che significa che può formare una pellicola ossidante stabile in aria o in soluzione acquosa. Pertanto, l'uso di leghe di titanio per i processi di clorazione può essere molto vantaggioso per l'industria. Le leghe di titanio presentano inoltre eccellenti caratteristiche di duttilità, formabilità, resistenza e saldabilità. Il titanio ha una conducibilità termica inferiore rispetto all'acciaio al carbonio e al rame, quindi le sue pareti possono essere più sottili. La buona resistenza alla corrosione del titanio significa anche che la superficie non è soggetta a incrostazioni, riducendo la resistenza termica. Inoltre, la lega di titanio è in grado di essere utilizzata per lungo tempo a temperature fino a 600°C.

In condizioni di ossidazione contenenti cloruro, il titanio presenta una resistenza alla corrosione paragonabile a quella del tantalio e superiore a quella dell'acciaio inossidabile e delle leghe a base di nichel. La corrosione del titanio puro 100% è scarsa in condizioni di acido riducente, mentre la lega di titanio contenente palladio non solo migliora la resistenza alla corrosione del titanio in condizioni di mezzo riducente, ma mantiene anche la sua resistenza alla corrosione in condizioni di ossidazione. Forma un film di ossido passivo sulla sua superficie, che ne migliora la resistenza alla corrosione.

Applicazioni del titanio nell'industria del cloro alcalino

  • Anodo metallico
    I processi di produzione dei cloro-alcali comprendono l'elettrolisi a mercurio, l'elettrolisi a diaframma e l'elettrolisi a membrana ionica. In passato, per l'anodo dei cloro-alcali è stato utilizzato l'anodo di grafite. Nel 1956, l'olandese Henry. H. Beer ha proposto per la prima volta l'uso di anodi metallici nell'elettrolizzatore a membrana, chiamati anche anodi dimensionalmente stabili (DSA), ottenendo il diritto di brevetto nel 1965. Gli anodi dimensionalmente stabili sono elettrodi rivestiti di ossido di metalli nobili del gruppo del platino su substrati di titanio. Nel 1968, l'azienda italiana DeNore ha realizzato per prima l'industrializzazione dell'anodo di titanio nell'industria dei cloro-alcali.
    A partire dagli anni '70, gli elettrolizzatori ad anodo metallico (DSA) e gli elettrolizzatori a film ionico hanno iniziato a sostituire gli elettrolizzatori ad anodo di grafite e, di conseguenza, il raffreddatore di grafite è stato sostituito dal raffreddatore di cloro umido in titanio. L'apparecchiatura principale comprende un elettrolizzatore a membrana ionica, titanio anodico serbatoio di circolazione dei liquidi, serbatoio di acqua salata leggera, torre di declorazione sottovuoto, scambiatore di calore, valvole per tubi e pompe, ecc. Tubo in titanio Le pompe e le apparecchiature sono utilizzate principalmente nei sistemi di circolazione del liquido anodico, nei sistemi di acqua salata leggera, nei sistemi di declorazione, nei sistemi di erogazione del cloro gassoso a umido e nei sistemi di circolazione dell'acqua di cloro. Una pompa in titanio è utilizzata principalmente per il trasporto di salamoia raffinata, liquido anodico circolante, salamoia leggera e acqua di cloro, ecc. Rispetto alla cella elettrolitica ad anodo di grafite, la cella elettrolitica ad anodo di metallo a diaframma può far risparmiare 100-200 kW/h di energia elettrica producendo 1t di soda caustica.
    Nell'elettrolizzatore a membrana ionica, la temperatura delle camere anodica e catodica è di circa 90℃, la camera anodica è riempita con soluzione di cloro e sale e la camera catodica con soluzione di soda caustica 30%-35%. La densità di corrente operativa è di 30-40A /dm. In condizioni così difficili, la resistenza alla corrosione del materiale deve essere sufficiente nella progettazione dell'elettrolizzatore. La parte anodica (anodo e contatto liquido anodico) dell'elettrolizzatore a film ionico è per lo più in lega di titanio con una buona resistenza alla corrosione. Oltre all'apparecchiatura principale dell'elettrolizzatore, le apparecchiature in titanio sono utilizzate principalmente nelle seguenti parti: sistema della salamoia - indicatore di livello del liquido; sistema del liquido anodico - serbatoio del liquido anodico e torre di lavaggio del cloro; sistema dell'acqua dolce salata - torre di declorazione, distributore dell'acqua dolce salata, raffreddatore dello strumento; sistema dell'ipoclorito di sodio - raffreddamento, torre di assorbimento, distributore; sistema del cloro gassoso - raffreddatore del cloro gassoso a umido; sistema di prevenzione dei rischi - scambiatore di calore, ventilatore.
  • Raffreddatore di cloro gassoso a umido
    Quando il sale elettrolitico produce soda caustica, si produce una grande quantità di cloro gassoso caldo e umido, che può essere utilizzato dopo un trattamento di raffreddamento e asciugatura. Esistono due modi per raffreddare il cloro caldo e umido: l'irrorazione diretta dell'acqua e il raffreddamento indiretto mediante un raffreddatore tubolare. Il raffreddamento diretto non solo produce una grande quantità di acqua contenente cloro, inquinamento dell'ambiente, perdita di cloro e consumo di acido solforico. I risultati sperimentali dimostrano che il titanio è estremamente resistente alla corrosione ad alta temperatura nell'ambiente del cloro gassoso umido, e la sua corrosione annuale è di 0,0025 mm. Pertanto, l'uso del raffreddatore in titanio per la produzione industriale di cloro-alcali può abbreviare il processo di raffreddamento e di essiccazione, ridurre la perdita di cloro gassoso e l'inquinamento ambientale, nonché creare condizioni favorevoli per il funzionamento stabile del gas compresso e l'essiccazione estrema.
  • Pompa e valvola
    Nella produzione di cloro gassoso mediante elettrolisi a membrana ed elettrolisi a mercurio, le pompe in leghe di titanio utilizzate per l'ipoclorito di potassio e l'ipoclorito di sodio sono economiche. La Georgia-pifik Company utilizza una pompa in titanio per pompare una soluzione salina a 85℃, che contiene 270~320g/L di NaCl, cristallizzazione di NaCl e più di 0,5g/L di cloro libero. La durata della pompa in titanio è di 10 anni.

Scrivere nell'ultimo
Possiamo dire che la lega di titanio è il metallo preferito nell'industria dei cloro-alcali. Ci sono anche alcuni problemi: Innanzitutto, i diversi gradi di lega di titanio si differenziano per la resistenza alla corrosione e le prestazioni di lavorazione, ecc. In generale, il titanio non produce corrosione intergranulare e da stress, ma è incline alla corrosione interstiziale, soprattutto quella con una larghezza di circa 0,5 mm. Per le parti soggette a corrosione, la scelta migliore è la lega di titanio e palladio o la placcatura in palladio.
Sebbene il titanio sia un metallo resistente alla corrosione, non è adatto a tutti i mezzi chimici corrosivi. Anche per lo stesso mezzo, la sua resistenza alla corrosione è legata alla concentrazione e alla temperatura del mezzo. Il titanio non può essere utilizzato nel gas di cloro secco, perché anche se la temperatura in un ambiente di gas di cloro secco è inferiore allo zero, si verificherà una reazione chimica relativamente violenta, che genererà un enorme calore e potrebbe causare un incendio. Per garantire una buona stabilità del titanio nel gas di cloro, il contenuto di acqua del gas di cloro non può superare 0,5%.