Über das chemische Verhalten eines Borosilicatglases gegenüber alkalischen Lösungen bei Temperaturen über 150 °C

Abstract

Ein spezielles Borosilicatglas vom Typ 77 SiO₂-11 B₂O₃-6 Alkalioxid-5 Al₂O₃-1 Erdalkalioxid (Angaben in Gew.- %) wurde in einem Autoklaven bei Temperaturen von 150; 175; 200 und 225 °C dem Angriff von Wasser sowie wäßrigen alkalischen Lösungen der pH-Werte 9 ; 10; 11 und 12, unter Zusatz der angriffsfördernden Ionen Phosphat und Carbonat (Kesselwasserbedingungen), ausgesetzt. Zur Ermittlung des Ausmaßes der chemischen Beanspruchung wurde der Gewichtsverlust von Glasplatten gravimetrisch bestimmt. Die Gewichtsverluste sind bei konstanten pH-Werten als Funktion der Temperatur und bei konstanten Temperaturen als Funktion der pH-Werte grafisch dar-gestellt. Der temperaturabhängige Verlauf entspricht bei konstanten pH-Werten einer e-Funktion. Dagegen zeigt die entsprechende Darstellung als Funktion der pH-Werte (bei konstanten Temperaturen) einen Übergang aus dem geradlinigen Verlauf bei höheren in einen gekrümmten bei niedrigeren pH-Werten. Dies weist auf eine Änderung im Angriffsmechanismus im pH-Bereich zwischen 9 und 10 hin. Eine Reihe von Untersuchungen erhellt verschiedene wichtige bzw. interessante Randbedingungen. So steigt der Glasabtrag bei 200 °C in folgender Reihenfolge: Wasser (≈ pH 7) — Natriumhydroxid (pH 10) und reine Phosphat-lösung (≈ pH 8) etwa gleich stark — Mischlösung aus Hydroxid, Carbonat und Phosphat (pH 10) — reine Carbonatlösung (pH 10). Eine Schutzschichtbildung des Glases konnte nicht festgestellt werden, Sättigungserscheinungen der Lösung be-wirken jedoch eine deutliche Verlangsamung des Angriffs. On the chemical behaviour of a borosilicate glass in alkaline solutions at temperatures above 150 °C A special borosilicate glass of weight percent composition 77 SiO₂, 11 B₂O₃, 6 alkali, 5 Al₂O₃, 1 alkaline earth oxide was tested in an autoclave at 150, 175, 200, and 225 °C using water and aqueous solutions of pH = 9, 10, 11, and 12 containing phosphate and carbonate ions (steam-boiler water conditions). For the extent of attack the loss of weight of glass plates was determined (gravimetric method) and the results are plotted as a function of temperature (at constant pH-values) and as a function of pH (at constant temperatures). The temperature dependence at constant pH-values can be described by an e-function, but the dependence on pH (at constant temperatures), although linear at high pH, is non-linear at lower pH, indicating a change of the mechanism of attack between pH=9 and 10. A series of further investigations clarified several im-portant and interesting aspects of behaviour. For example, the loss of weight at 200 °C increased in the sequence water (pH about 7) ; sodium hydroxide solution (pH = 10) and pure phosphate solution (pH about 8) in about the same extent; mixed solution of hydroxide, carbonate, and phos-phate (pH = 10) ; pure carbonate solution (pH = 10). No protective layer is formed on the glass but saturation effects in the solution do reduce the rate of attack. Comportement chimique d'un verre borosilicaté vis-à-vis de solutions alcalines à des températures dépassant 150 °C Un verre borosilicaté spécial du type 77 SiO₂-11 B₂O₃-6 oxydes alcalins-5 Al₂O₃-1 oxyde alcalino-terreux (en % pondéraux) est exposé, en autoclave et à des températures de 150 ; 175 ; 200 et 225 °C, à une attaque à l'eau et par des solutions aqueuses alcalines de pH egal à 9 ; 10 ; 11 et 12, additionnées d'ions phosphate et carbonate qui accélèrent l'attaque, de manière à reproduire les conditions d'attaque par l'eau d'une chaudière. Pour déterminer l'importance de l'attaque chimique, on dose par gravimétrie la perte de poids de plaques de verre. Les pertes de poids sont représentées graphiquement en fonction de la température pour des valeurs constantes du pH et, inversement, en fonction des valeurs du pH pour des températures constantes. La variation en fonction de la température correspond à une fonction e pour des valeurs du pH constantes. Le graphique correspondant établi en fonction des valeurs du pH (pour des températures constantes) passe par contre d'un tracé droit pour des valeurs élevées du pH à un tracé courbe pour des valeurs basses ; ceci indique une modification du mécanisme d'attaque dans le domaine de pH compris entre 9 et 10. Une série de recherches éclairent différentes conditions limites importantes et interessantes. A 200 °C par exemple, l'attaque du verre croit dans fordre suivant: eau (≈ pH 7) hydroxyde de sodium (pH 10) et solution pure de phosphate (≈ pH 8) (le degré d'attaque est à peu près du méme ordre) — solution mixte d'hydroxyde, de carbonate et de phosphate (pH 10) — solution pure de carbonate (pH 10). On n'a pas constaté la formation d'une couche protectrice sur le verre. Des phénomènes de saturation de la solution entrainent cependant un net ralentissement de l'attaque.