Perussyy, miksi titaani hallitsee kloori-alkalilaitteita, on sen passivointikäyttäytyminen. Altistuessaan hapettavalle ympäristölle -erityisen kostea kloorikaasu-titaani muodostaa nopeasti vakaan, suojaavan oksidikalvon pinnalle. Tämä passiivinen kerros suojaa alla olevaa metallia aggressiiviselta kemialliselta hyökkäykseltä olosuhteissa, jotka hajottavat nopeasti ruostumattomia teräksiä, kupariseoksia ja jopa monia nikkeli{5}}pohjaisia materiaaleja. Korkean lämpötilan-kosteassa klooripitoisessa ympäristössä titaani korroosionopeus on vain mikrometriä vuodessa. Tämä yhdistelmä termodynaamista epävakautta massassa (standardi Ti²⁺/Ti:n elektrodipotentiaali -1,63 V:ssa) ja kineettinen stabiilisuus pinnan passivoinnin ansiosta antaa titaanille ainutlaatuisen aseman kloori-alkalimetallurgiassa.
Elektrolyyttiset solut
Titaanin merkittävin käyttökohde kloori-alkalituotannossa on elektrolyyttikennoissa. Metallianodielektrolyyttikennot ja ioninvaihtokalvoelektrolysaattorit käyttävät titaania alustana mittastabiileille anodeille (DSA)-titaanipohjarakenteille, jotka on päällystetty jalometallioksideilla, kuten ruteenilla, iridiumilla tai niiden yhdistelmillä.
Siirtyminen grafiittianodeista titaani{0}}pohjaisiin DSA-anodeihin merkitsi teknistä vallankumousta alalla. Titaanianodit tarjoavat vakaat mitat koko käyttöikänsä ajan, mikä mahdollistaa tarkan elektrodivälin ohjauksen ja tasaisen virranjaon. Tämä mittavakaus muuttuu suoraan pienemmäksi kennojännitteeksi ja pienemmäksi virrankulutukseksi. DSA-tekniikka, joka otettiin käyttöön 1950-luvulla ja kaupallistettiin 1960-luvun lopulla, otettiin nopeasti käyttöön Yhdysvalloissa, Italiassa, Japanissa ja Saksassa.
Ionin-vaihtokalvoelektrolysaattoreissa titaania käytetään laajalti paitsi anodeissa myös anolyytin kiertojärjestelmissä, suolaveden käsittelyjärjestelmissä ja erilaisissa lämmönvaihtimissa. Näiden kennojen anodiset osat on valmistettu titaanista kestämään voimakkaasti hapettavaa anolyyttiympäristöä.
Märkä kloorijäähdytys
Suolaveden elektrolyysi tuottaa suuria määriä kuumaa, kosteaa kloorikaasua, joka on jäähdytettävä ja kuivattava ennen jatkokäsittelyä. Tämä ympäristö on teollisuuskemian syövyttävimpiä. Varhaiset yritykset käyttää grafiitti-, lasi-, keramiikka- ja muovijäähdyttimiä kohtasivat perustavanlaatuisia rajoituksia-korroosiota, halkeilua, ikääntymistä ja huonoa lämmönsiirtoa.
Titaanijäähdyttimet muuttivat tämän maiseman kokonaan. Testit ovat osoittaneet, että kuumassa, kosteassa kloorikaasussa oleva titaani syövyttää vain 0,0025 mm vuodessa. Venäjä aloitti titaanikloorikaasujäähdyttimien käytön vuonna 1963, ja Yhdysvaltojen Allied Chemical Company seurasi pian ja korvasi grafiittiyksiköt titaanilla. Kiina valmisti ensimmäisen titaanijäähdyttimensä vuonna 1965, ja vuoteen 1973 mennessä titaaniputkimaiset jäähdyttimet toimivat useissa provinsseissa.
Edut ulottuvat korroosionkestävyyden lisäksi. Titaanijäähdyttimet lyhentävät jäähdytys- ja kuivausprosessia, vähentävät kloorikaasuhävikkiä, minimoivat ympäristön saastumisen ja parantavat painekaasun vakautta. Jotkin kloori-alkalitehtaisiin asennetut titaaniset märkäkloorijäähdyttimet ovat olleet käytössä lähes kaksi vuosikymmentä ilman hajoamisen merkkejä.
Suolaveden esilämmitys- ja kloorinpoistojärjestelmät
Jalostetut suolaveden esilämmittimet ovat toinen tärkeä sovellus. Näiden lämmönvaihtimien on säilytettävä vakaa toiminta korkeissa lämpötiloissa kloridi{1}}rikkaissa väliaineissa. Titaaniputkiniput tarjoavat tarvittavan korroosionkestävyyden samalla kun ne tarjoavat luotettavan lämmönsiirtokyvyn.
Kloorinpoistojärjestelmissä titaani on kloorinpoistotornien ja tyhjiökloorinpoistossa käytettävien pumppujen ja venttiilien materiaali. Näiden komponenttien tulee vastustaa prosessivirtaan jääneen vapaan kloorin hyökkäystä. Titaanilaitteet pidentävät tehokkaasti huoltovälejä ja varmistavat kierrätetyn suolaveden laadun.
Pumput, venttiilit ja kuljetusjärjestelmät
Titaanipumpuilla ja -venttiileillä on keskeinen rooli väliaineen kuljetuksessa kaikkialla kloori-alkalitehtaassa. Kalvoelektrolyysissä ja elohopean elektrolyysiprosesseissa titaanipumput tarjoavat edullisimman ratkaisun kaliumhypokloriitti- ja natriumhypokloriittivirtojen käsittelyyn. Merkittävä tapaus koski yhdysvaltalaista yritystä, joka käytti titaanipumppua käsittelemään NaCl-kiteitä ja vapaata klooria sisältävää 85-asteista suolaliuosta-pumpun käyttöikä oli yli kymmenen vuotta. Kloorikaasun kuljetusjärjestelmissä titaaniputket vastaavat lujuus- ja tiivistysrajoituksia, joita aiemmin on kohdattu ei--metallisten materiaalien kohdalla.
Kloori-alkaliteollisuus on kokenut kolme suurta laitteistomuutosta kaustisen soodan tuotannossa: vaakasäiliökennoista pystykalvoelektrolysoijiksi 1960-luvulla, grafiitista metallianodeihin 1970-luvulla ja ionin-vaihtokalvotekniikkaan 1980-luvulla. Titaani on ollut keskeinen kahdessa viimeksi mainitussa vallankumouksessa.
Nykyään titaanilaitteet-mukaan lukien anodit, elektrolysaattorit, jäähdyttimet, esilämmittimet, kloorinpoistotornit, pumput, venttiilit ja putkistot-muodostavat nykyaikaisen kloori-alkalituotannon selkärangan. Materiaalin korroosionkestävyys, mittapysyvyys ja pitkä käyttöikä ovat mahdollistaneet suuremmat virrantiheydet, pienemmän energiankulutuksen, pidentäneet laitekampanjoita ja vähentäneet ympäristövaikutuksia. Kloori{5}}alkaliteollisuus on edelleen yksi suurimmista titaanin kuluttajista kemianteollisuudessa, ja titaani antaa edelleen uutta vauhtia teolliseen kehitykseen.
