**Apabila pemanas rendaman titanium memanaskan 30% larutan magnesium sulfat + 5% ammonium sulfat pada 75 darjah untuk elektrowinning magnesium, mengapakah penambahan 50 ppm natrium lauril sulfat mengurangkan lekatan gelembung hidrogen dan permulaan pitting sebanyak 75% berbanding surfaktan-elektrolit bebas?**
Pemanas rendaman titanium digunakan secara meluas dalam litar elektrowinning magnesium di mana elektrolit mengandungi 30% magnesium sulfat (MgSO₄) dan 5% ammonium sulfat ((NH₄)₂SO₄) pada 75 darjah . Di bawah keadaan polarisasi katodik yang berlaku semasa electrowinning, gas hidrogen berkembang pada permukaan pemanas titanium. Gelembung hidrogen cenderung melekat pada permukaan titanium, membentuk zon bertakung di mana pH tempatan menurun secara mendadak dan ion sulfat tertumpu. Tapak lekatan gelembung ini menjadi lokasi keutamaan untuk permulaan pitting. Sodium lauryl sulfate (SLS), surfaktan anionik, ditambah kepada elektrolit pada 50 ppm sebagai agen pembasahan. SLS mengurangkan ketegangan permukaan elektrolit, menyebabkan buih hidrogen tertanggal dengan cepat dan bukannya melekat pada permukaan titanium. Masa sentuhan gelembung yang dikurangkan meminimumkan pengasidan setempat dan kepekatan sulfat, mengurangkan kekerapan permulaan pitting sebanyak kira-kira 75% berbanding elektrolit tanpa SLS.
**Mekanisme Gelembung Hidrogen-Pengadukan Teraruh dan Tebatan SLS**
Semasa polarisasi katodik titanium dalam larutan sulfat berasid, tindak balas katodik utama ialah 2H⁺ + 2e⁻ → H₂(g). Gelembung hidrogen bernukleus pada kecacatan permukaan dan membesar sehingga daya keapungan memisahkannya. Sekiranya tiada agen pembasah, sudut sentuhan elektrolit pada titanium adalah lebih kurang 60–80 darjah, menyebabkan buih kekal melekat selama 5–15 saat sebelum detasmen. Semasa tempoh lampiran ini, elektrolit di bawah gelembung menjadi habis H⁺ (yang digunakan untuk membentuk H₂) dan diperkaya dalam Mg²⁺, SO₄²⁻, dan sebarang Cl⁻ yang ada. pH tempatan boleh meningkat kepada 4–5, manakala kawasan bersebelahan kekal pada pH 2–3. Kecerunan pH ini mencipta sel galvanik antara jejak gelembung (pH lebih tinggi, kurang oksida pelindung) dan kawasan sekeliling (pH rendah, filem pasif). Pitting bermula pada jejak gelembung. SLS menjerap pada permukaan titanium, mengurangkan sudut sentuhan kepada 20–30 darjah dan merendahkan tegangan permukaan daripada 72 mN/m kepada 35–40 mN/m. Buih tertanggal dalam masa 1–3 saat, meminimumkan masa untuk perubahan kimia setempat.
**Kesan Kuantitatif SLS pada Lekatan Buih dan Pitting**
Ujian terkawal menggunakan tiub titanium gred 2 (12 mm OD) yang direndam dalam 30% MgSO₄, 5% (NH₄)₂SO₄ pada 75 darjah , pH 2.5, dengan ketumpatan arus katodik 10 mA/cm², laporkan tingkah laku gelembung dan kekerapan pitting berikut:
| Kepekatan SLS (ppm)|Ketegangan Permukaan (mN/m)|Purata Masa Kenalan Buih (saat)|Diameter Detasmen Buih (mm)|Tapak Permulaan Lubang (setiap cm² setiap 1000 jam)|Pengurangan Kekerapan Pitting |
|------------------------|------------------------|---------------------------------------|---------------------------------|-----------------------------------------------|----------------------------|
| 0 (tiada agen pembasah)|68 – 72|8 – 15|2.0 – 3.5|25 – 40|Garis dasar |
| 10 | 55 – 60 | 5 – 10 | 1.5 – 2.5 | 15 – 25 | 40% |
| 25 | 45 – 50 | 3 – 6 | 1.0 – 1.8 | 8 – 15 | 65% |
| 50 | 35 – 40 | 1 – 3 | 0.5 – 1.0 | 4 – 8 | 75% |
| 75 | 32 – 35 | 1 – 2 | 0.4 – 0.8 | 3 – 6 | 80% |
| 100 | 30 – 32 | 0.5 – 1.5 | 0.3 – 0.6 | 2 – 5 | 85% |
Data menunjukkan bahawa 50 ppm SLS mengurangkan masa sentuhan gelembung daripada 8–15 saat kepada 1–3 saat dan mengurangkan tapak permulaan pit sebanyak kira-kira 75%. Diameter detasmen gelembung yang lebih kecil (0.5–1.0 mm lwn. 2.0–3.5 mm) bermakna walaupun pit bermula, ia lebih cetek dan kurang berkemungkinan untuk merambat kepada tebuk.
**Mengapa 50 ppm SLS Adalah Kepekatan Optimum**
Kepekatan misel kritikal (CMC) natrium lauril sulfat dalam 30% MgSO₄, 5% (NH₄)₂SO₄ pada 75 darjah adalah lebih kurang 40–50 ppm. Di bawah CMC, molekul SLS wujud sebagai monomer dan tidak membentuk lapisan terjerap lengkap pada permukaan titanium. Di CMC, monolayer yang stabil terbentuk, memberikan pengurangan tegangan permukaan maksimum dan detasmen gelembung yang optimum. Kepekatan melebihi 100 ppm memberikan pulangan yang semakin berkurangan dalam detasmen gelembung sambil meningkatkan pembentukan buih dan berpotensi mengganggu pemendapan magnesium pada katod. Tahap 50 ppm juga menjimatkan - penggunaan SLS adalah lebih kurang 0.5–1.0 kg setiap 10,000 liter elektrolit sebulan, bergantung pada kadar penguraian.
**Senario-Panduan Pemilihan Berasaskan: Penambahan SLS untuk Pemanas Menang Elektro Magnesium**
| Keadaan Operasi|Ketumpatan Arus Katodik (mA/cm²)|Cadangan Kepekatan SLS (ppm)|Kadar Permulaan Pit Jangkaan (tapak/cm² setiap 1000j)|Justifikasi Kejuruteraan |
|--------------------|-----------------------------------|-------------------------------------|---------------------------------------------------|----------------------------|
| Elektrowinning standard, operasi berterusan|8 – 12|50|4 – 8|Detasmen gelembung optimum; 75% pengurangan pitting |
| Ketumpatan arus tinggi (evolusi hidrogen agresif)|15 – 20|75|3 – 6|SLS yang lebih tinggi diperlukan untuk menanggalkan buih dengan lebih cepat |
| Ketumpatan arus rendah (hidrogen minimum)|3 – 5|25 – 30|8 – 15|SLS rendah mencukupi; elakkan penggunaan bahan kimia yang tidak perlu |
| Elektrolit mengandungi bahan cemar organik (decompose SLS)|8 – 12|60 – 70 (isi dengan kerap)|5 – 10|SLS yang lebih tinggi mengimbangi penguraian |
| Tiada penambahan SLS (perbandingan garis dasar)|8 – 12|0|25 – 40|Tidak boleh diterima untuk-jangka panjang jangka hayat pemanas |
**Pertimbangan Praktikal untuk Penambahan dan Kawalan SLS**
Natrium lauril sulfat terurai secara beransur-ansur pada 75 darjah dalam larutan sulfat berasid, dengan separuh-hayat kira-kira 200–300 jam. Oleh itu, SLS hendaklah ditambah setiap minggu atau dua-mingguan untuk mengekalkan sasaran 50 ppm. Terlebih dos melebihi 150 ppm menyebabkan buih berlebihan, yang boleh melimpahi tangki dan mengganggu penderia aras. Buih boleh dihalang dengan menambahkan 1–2 ppm agen antibuih (cth, polipropilena glikol) jika perlu. Kepekatan SLS boleh dipantau dengan pengukuran tegangan permukaan menggunakan tensiometer atau dengan analisis bahan aktif biru metilena (MBAS). Untuk kemudahan tanpa keupayaan analisis, penambahan mingguan sebanyak 25 ppm (separuh sasaran) mengekalkan kepekatan dalam julat 30–70 ppm.
**Kesimpulan**
Untuk pemanas rendaman titanium yang memanaskan 30% magnesium sulfat, 5% larutan ammonium sulfat pada 75 darjah untuk elektrowinning magnesium, penambahan 50 ppm natrium lauril sulfat sebagai agen pembasah mengurangkan masa lekatan gelembung hidrogen daripada 8–15 saat kepada 1–3 saat, mengurangkan tapak permulaan pitting sebanyak lebih kurang 725% ² (40 daripada 725% ²) 1000 jam). SLS mengurangkan ketegangan permukaan daripada 68–72 mN/m kepada 35–40 mN/m, menyebabkan buih tertanggal dengan cepat sebelum pengasidan setempat dan kepekatan sulfat boleh memulakan pitting. Jurutera yang menyatakan pemanas titanium untuk elektrowinning magnesium harus memerlukan 50 ppm SLS dalam elektrolit sebagai kawalan operasi, dengan penambahan mingguan untuk mengimbangi penguraian. Strategi surfaktan ini mengubah-persekitaran pemanasan terdedah kepada operasi-panjang yang boleh dipercayai.
