Sebab asas titanium mendominasi peralatan klor-beralkali terletak pada tingkah laku pempasifannya. Apabila terdedah kepada persekitaran pengoksidaan-terutamanya gas klorin lembap-titanium dengan cepat membentuk filem oksida pelindung yang stabil pada permukaannya. Lapisan pasif ini melindungi logam asas daripada serangan kimia yang agresif dalam keadaan yang akan merendahkan keluli tahan karat, aloi kuprum dan juga banyak bahan berasaskan nikel-dengan pantas. Dalam-persekitaran klorin basah bersuhu tinggi, titanium mempamerkan kadar kakisan mengikut urutan mikron sahaja setahun. Gabungan ketidakstabilan termodinamik secara pukal (potensi elektrod standard Ti²⁺/Ti pada -1.63V) dan kestabilan kinetik melalui pempasifan permukaan memberikan titanium kedudukan uniknya dalam metalurgi klor-alkali.
Sel Elektrolitik
Penggunaan titanium yang paling ketara dalam pengeluaran klor-alkali adalah dalam sel elektrolitik. Sel elektrolitik anod logam dan elektrolisis membran-membran pertukaran menggunakan titanium sebagai substrat untuk anod stabil dimensi (DSA)-struktur asas titanium yang disalut dengan oksida logam mulia seperti ruthenium, iridium atau gabungannya.
Peralihan daripada anod grafit kepada anod DSA berasaskan titanium-mentandakan revolusi teknologi dalam industri. Anod titanium menawarkan dimensi yang stabil sepanjang hayat perkhidmatannya, membolehkan kawalan jurang elektrod yang tepat dan pengedaran arus yang konsisten. Kestabilan dimensi ini diterjemahkan terus kepada voltan sel yang lebih rendah dan penggunaan kuasa yang dikurangkan. Teknologi DSA, yang dipelopori pada 1950-an dan dikomersialkan pada akhir 1960-an, telah diterima pakai dengan pantas di seluruh Amerika Syarikat, Itali, Jepun dan Jerman.
Dalam elektrolisis membran-ion, titanium digunakan secara meluas bukan sahaja untuk anod tetapi juga untuk sistem peredaran anolit, sistem pengendalian air garam dan pelbagai penukar haba. Petak anodik sel-sel ini dibina daripada titanium untuk menahan persekitaran anolit yang sangat teroksida.
Penyejukan Klorin Basah
Elektrolisis air garam menghasilkan sejumlah besar gas klorin panas dan lembap yang mesti disejukkan dan dikeringkan sebelum diproses selanjutnya. Persekitaran ini adalah antara yang paling menghakis yang ditemui dalam kimia industri. Percubaan awal menggunakan penyejuk grafit, kaca, seramik dan plastik semuanya menghadapi had asas-kakisan, retak, penuaan dan pemindahan haba yang lemah.
Penyejuk titanium mengubah landskap ini sepenuhnya. Ujian telah menunjukkan bahawa titanium dalam gas klorin yang panas dan lembap menghakis hanya 0.0025mm setahun. Rusia mempelopori penggunaan penyejuk gas klorin titanium pada tahun 1963, dan Syarikat Kimia Bersekutu Amerika Syarikat tidak lama kemudian, menggantikan unit grafit dengan titanium. China mengeluarkan penyejuk titanium pertamanya pada tahun 1965, dan menjelang 1973, penyejuk tiub titanium telah beroperasi di beberapa wilayah.
Faedah melangkaui rintangan kakisan. Penyejuk titanium memendekkan proses penyejukan dan pengeringan, mengurangkan kehilangan gas klorin, meminimumkan pencemaran alam sekitar, dan meningkatkan kestabilan gas termampat. Beberapa penyejuk klorin basah titanium yang dipasang di loji klorin-alkali kekal dalam perkhidmatan selama hampir dua dekad tanpa tanda-tanda kemerosotan.
Sistem Prapemanasan dan Penyahklorinan Air Garam
Prapemanas air garam yang ditapis mewakili satu lagi aplikasi kritikal. Penukar haba ini mesti mengekalkan operasi yang stabil pada suhu tinggi dalam-media kaya klorida. Ikatan tiub titanium menyediakan rintangan kakisan yang diperlukan sambil menyampaikan prestasi pemindahan haba yang boleh dipercayai.
Dalam sistem penyahklorinan, titanium ialah bahan pilihan untuk menara penyahklorinan dan pam serta injap yang digunakan dalam penyahklorinan vakum. Komponen ini mesti menahan serangan daripada sisa klorin bebas yang tinggal dalam aliran proses. Peralatan titanium secara berkesan memanjangkan selang penyelenggaraan dan memastikan kualiti air garam kitar semula.
Pam, Injap dan Sistem Penyampaian
Pam dan injap titanium memainkan peranan penting dalam pengangkutan sederhana ke seluruh loji-alkali klor. Dalam proses elektrolisis membran dan elektrolisis merkuri, pam titanium menawarkan penyelesaian paling ekonomik untuk mengendalikan aliran kalium hipoklorit dan natrium hipoklorit. Satu kes ketara melibatkan syarikat AS menggunakan pam titanium untuk mengendalikan larutan garam 85 darjah yang mengandungi kristal NaCl dan klorin bebas-pam menunjukkan hayat perkhidmatan melebihi sepuluh tahun. Dalam sistem penyalur gas klorin, paip titanium menangani had kekuatan dan pengedap yang sebelum ini dihadapi dengan-bahan bukan logam.
Industri klor-alkali telah melalui tiga transformasi peralatan utama dalam pengeluaran soda kaustik: daripada sel tangki mendatar kepada elektrolisis diafragma menegak pada tahun 1960-an, daripada grafit kepada anod logam pada tahun 1970-an dan kepada teknologi membran pertukaran-ion pada tahun 1980-an. Titanium telah menjadi pusat kepada dua revolusi terakhir.
Hari ini, peralatan titanium-termasuk anod, elektrolisis, penyejuk, prapemanas, menara penyahklorinan, pam, injap dan paip-membentuk tulang belakang pengeluaran klorin-alkali moden. Rintangan kakisan bahan, kestabilan dimensi dan hayat perkhidmatan yang panjang telah membolehkan ketumpatan arus yang lebih tinggi, penggunaan tenaga yang lebih rendah, kempen peralatan lanjutan dan mengurangkan kesan alam sekitar. Industri klor-alkali kekal sebagai salah satu pengguna terbesar titanium dalam sektor kimia, dan titanium terus menyuntik momentum baharu ke dalam pembangunan perindustrian.
