La raó fonamental per la qual el titani domina els equips de clor{0}}àlcali rau en el seu comportament de passivació. Quan s'exposa a entorns oxidants-el clor gasós particularment humit-, el titani forma ràpidament una pel·lícula d'òxid protectora estable a la seva superfície. Aquesta capa passiva protegeix el metall subjacent d'atacs químics agressius en condicions que degradarien ràpidament els acers inoxidables, els aliatges de coure i fins i tot molts materials basats en níquel-. En entorns de clor humit d'alta-temperatura, el titani presenta taxes de corrosió de l'ordre de simples micres per any. Aquesta combinació d'inestabilitat termodinàmica a granel (potencial d'elèctrode estàndard de Ti²⁺/Ti a -1,63 V) i estabilitat cinètica a través de la passivació superficial confereix al titani la seva posició única en la metal·lúrgia clor-àlcali.
Cèl·lules electrolítiques
L'aplicació més important del titani en la producció de clor-àlcali és a les cèl·lules electrolítiques. Les cèl·lules electrolítiques d'ànode metàl·lic i els electrolitzadors de membrana d'intercanvi-ions utilitzen titani com a substrat per a ànodes dimensionalment estables (DSA)-estructures de base de titani recobertes d'òxids de metalls nobles com el ruteni, l'iridi o les seves combinacions.
La transició dels ànodes de grafit als ànodes DSA basats en titani- va marcar una revolució tecnològica en el sector. Els ànodes de titani ofereixen dimensions estables al llarg de la seva vida útil, permetent un control precís de la bretxa dels elèctrodes i una distribució constant del corrent. Aquesta estabilitat dimensional es tradueix directament en una tensió cel·lular més baixa i un consum d'energia reduït. La tecnologia DSA, pionera a la dècada de 1950 i comercialitzada a finals de la dècada de 1960, es va adoptar ràpidament als Estats Units, Itàlia, Japó i Alemanya.
En els electrolitzadors de membrana d'intercanvi d'ions-, el titani s'utilitza àmpliament no només per als ànodes, sinó també per als sistemes de circulació d'anòlits, sistemes de manipulació de salmorra i diversos intercanviadors de calor. Els compartiments anòdics d'aquestes cèl·lules estan construïts a partir de titani per suportar l'ambient anòlit altament oxidant.
Refrigeració amb clor humit
L'electròlisi de la salmorra genera grans volums de gas de clor calent i humit que s'han de refredar i assecar abans del processament posterior. Aquest entorn es troba entre els més corrosius que es troben en la química industrial. Els primers intents d'utilitzar refrigeradors de grafit, vidre, ceràmica i plàstic van trobar limitacions fonamentals-corrosió, esquerdes, envelliment i transferència de calor deficient.
Els refrigeradors de titani van canviar completament aquest paisatge. Les proves han demostrat que el titani en el gas de clor calent i humit es corroeix a només 0,0025 mm per any. Rússia va ser pionera en l'ús de refrigeradors de gas de clor de titani l'any 1963, i aviat va seguir l'Allied Chemical Company dels Estats Units, substituint les unitats de grafit per titani. La Xina va fabricar el seu primer refrigerador de titani el 1965, i el 1973, els refrigeradors tubulars de titani estaven funcionant a diverses províncies.
Els beneficis s'estenen més enllà de la resistència a la corrosió. Els refrigeradors de titani escurcen el procés de refrigeració i assecat, redueixen la pèrdua de gas de clor, minimitzen la contaminació ambiental i milloren l'estabilitat del gas comprimit. Alguns refrigeradors de clor humit de titani instal·lats a les plantes de clor-àlcalis han romàs en servei durant gairebé dues dècades sense signes de degradació.
Sistemes de preescalfament i decloració de salmorra
Els preescalfadors de salmorra refinada representen una altra aplicació crítica. Aquests intercanviadors de calor han de mantenir un funcionament estable a temperatures elevades en medis rics en clorur-. Els paquets de tubs de titani proporcionen la resistència a la corrosió necessària alhora que ofereixen un rendiment de transferència de calor fiable.
En els sistemes de decloració, el titani és el material escollit per a les torres de decloració i les bombes i vàlvules utilitzades en la decloració al buit. Aquests components han de resistir l'atac del clor lliure residual que queda al corrent del procés. L'equip de titani amplia eficaçment els intervals de manteniment i garanteix la qualitat de la salmorra reciclada.
Bombes, vàlvules i sistemes de transport
Les bombes i les vàlvules de titani juguen un paper essencial en el transport del mitjà a tota la planta de clor{0}}àlcali. En els processos d'electròlisi de membrana i d'electròlisi de mercuri, les bombes de titani ofereixen la solució més econòmica per manejar corrents d'hipoclorit de potassi i hipoclorit de sodi. Un cas notable va incloure una empresa nord-americana que utilitzava una bomba de titani per manejar una solució de sal de 85 graus que contenia cristalls de NaCl i clor lliure-la bomba va demostrar una vida útil superior a deu anys. En els sistemes de transport de gas de clor, les canonades de titani aborden les limitacions de resistència i segellat que s'han trobat anteriorment amb materials no-metàl·lics.
La indústria del clor-àlcali ha experimentat tres grans transformacions d'equips en la producció de sosa càustica: des de cèl·lules de tanc horitzontals fins a electrolitzadors de diafragma verticals als anys seixanta, del grafit als ànodes metàl·lics als anys setanta i a la tecnologia de membranes d'intercanvi-ions dels anys vuitanta. El titani ha estat fonamental en les dues darreres revolucions.
Actualment, els equips de titani-inclosos ànodes, electròlitzadors, refrigeradors, preescalfadors, torres de decloració, bombes, vàlvules i canonades-formen la columna vertebral de la producció moderna de clor-àlcali. La resistència a la corrosió del material, l'estabilitat dimensional i la llarga vida útil han permès densitats de corrent més altes, un menor consum d'energia, campanyes d'equips allargades i un impacte ambiental reduït. La indústria del clor-àlcali segueix sent un dels majors consumidors de titani del sector químic, i el titani continua donant un nou impuls al desenvolupament industrial.
