دلیل اصلی تسلط تیتانیوم بر تجهیزات کلر{0}}قلیایی در رفتار غیرفعال شدن آن نهفته است. هنگامی که در معرض محیط های اکسید کننده قرار می گیرد-به خصوص گاز کلر مرطوب-تیتانیوم به سرعت یک لایه اکسید محافظ پایدار روی سطح خود تشکیل می دهد. این لایه غیرفعال از فلز زیرین در برابر حمله شیمیایی تهاجمی در شرایطی محافظت می کند که به سرعت فولادهای ضد زنگ، آلیاژهای مس و حتی بسیاری از مواد مبتنی بر نیکل{5}} را تخریب می کند. در محیط‌های کلر مرطوب با دمای بالا، تیتانیوم نرخ خوردگی در حدود میکرون در سال را نشان می‌دهد. این ترکیبی از ناپایداری ترمودینامیکی در حجم (پتانسیل استاندارد الکترود Ti²⁺/Ti در -1.63V) و پایداری جنبشی از طریق غیرفعال سازی سطح، موقعیت منحصر به فرد خود را در متالورژی کلر-قلیایی به تیتانیوم می‌دهد.
سلول های الکترولیتی
مهم‌ترین کاربرد تیتانیوم در تولید کلر{0}}در سلول‌های الکترولیتی است. سلول‌های الکترولیتی آند فلزی و الکترولیزگرهای غشای مبادله یونی، تیتانیوم را به‌عنوان بستری برای آندهای پایدار ابعادی (DSA) -ساختارهای پایه تیتانیوم پوشش‌داده‌شده با اکسیدهای فلزات نجیب مانند روتنیوم، ایریدیوم یا ترکیبات آنها استفاده می‌کنند.
انتقال از آندهای گرافیتی به آندهای DSA مبتنی بر تیتانیوم{0}} یک انقلاب فنی در صنعت را رقم زد. آندهای تیتانیوم ابعاد پایداری را در طول عمر مفید خود ارائه می‌دهند و امکان کنترل دقیق فاصله الکترود و توزیع جریان ثابت را فراهم می‌کنند. این ثبات ابعادی مستقیماً به کاهش ولتاژ سلول و کاهش مصرف برق تبدیل می شود. فناوری DSA که در دهه 1950 پیشگام شد و در اواخر دهه 1960 تجاری شد، به سرعت در سراسر ایالات متحده، ایتالیا، ژاپن و آلمان به کار گرفته شد.
در الکترولیزهای غشای تبادل یونی، تیتانیوم نه تنها برای آندها، بلکه برای سیستم‌های گردش آنولیت، سیستم‌های جابجایی آب نمک و مبدل‌های حرارتی مختلف به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. محفظه های آندی این سلول ها از تیتانیوم ساخته شده اند تا در برابر محیط آنولیت بسیار اکسید کننده مقاومت کنند.
خنک کننده کلر مرطوب
الکترولیز آب نمک حجم زیادی از گاز کلر داغ و مرطوب تولید می کند که باید قبل از پردازش بیشتر سرد و خشک شود. این محیط یکی از خورنده ترین محیط هایی است که در شیمی صنعتی با آن مواجه می شود. تلاش‌های اولیه برای استفاده از خنک‌کننده‌های گرافیتی، شیشه‌ای، سرامیکی و پلاستیکی همگی با محدودیت‌های اساسی-خوردگی، ترک خوردن، پیری و انتقال حرارت ضعیف مواجه شدند.
کولرهای تیتانیومی این منظره را به کلی تغییر دادند. آزمایشات نشان داده است که تیتانیوم موجود در گاز کلر گرم و مرطوب تنها 0.0025 میلی متر در سال خورده می شود. روسیه در سال 1963 در استفاده از کولرهای گازی کلر تیتانیوم پیشگام بود و شرکت شیمیایی متحد ایالات متحده به زودی به دنبال آن بود و واحدهای گرافیتی را با تیتانیوم جایگزین کرد. چین اولین خنک کننده تیتانیوم خود را در سال 1965 تولید کرد و تا سال 1973، کولرهای تیتانیومی در چندین استان فعال بودند.
مزایا فراتر از مقاومت در برابر خوردگی است. کولرهای تیتانیومی فرآیند خنک‌سازی و خشک کردن را کوتاه می‌کنند، از دست دادن گاز کلر را کاهش می‌دهند، آلودگی محیطی را به حداقل می‌رسانند و پایداری گاز فشرده را بهبود می‌بخشند. برخی از خنک‌کننده‌های کلر مرطوب تیتانیوم که در کارخانه‌های کلر{2}}قلیایی نصب شده‌اند، نزدیک به دو دهه بدون هیچ نشانه‌ای از تخریب در خدمت باقی مانده‌اند.
سیستم های پیش گرمایش و دکلره آب نمک
پیش گرم کن های آب نمک تصفیه شده کاربرد حیاتی دیگری را نشان می دهند. این مبدل‌های حرارتی باید در دمای بالا در محیط‌های غنی از کلرید عملکرد پایداری داشته باشند. بسته‌های لوله تیتانیوم مقاومت در برابر خوردگی لازم را ارائه می‌کنند در حالی که عملکرد قابل اعتماد انتقال حرارت را ارائه می‌دهند.
در سیستم های دکلره، تیتانیوم ماده انتخابی برای برج های دکلره و پمپ ها و شیرهای مورد استفاده در دکلره خلاء است. این اجزا باید در برابر حمله کلر آزاد باقی مانده در جریان فرآیند مقاومت کنند. تجهیزات تیتانیوم به طور موثر فواصل نگهداری را افزایش می دهد و کیفیت آب نمک بازیافتی را تضمین می کند.
پمپ ها، شیرآلات و سیستم های انتقال
پمپ‌ها و دریچه‌های تیتانیوم نقش اساسی در انتقال مواد در سرتاسر کارخانه کلر{0}}قلیایی دارند. در فرآیندهای الکترولیز غشایی و الکترولیز جیوه، پمپ های تیتانیوم مقرون به صرفه ترین راه حل را برای مدیریت جریان های هیپوکلریت پتاسیم و هیپوکلریت سدیم ارائه می دهند. یک مورد قابل توجه مربوط به یک شرکت آمریکایی بود که از پمپ تیتانیوم برای رسیدگی به محلول نمک 85 درجه حاوی کریستال های NaCl و کلر آزاد استفاده می کرد-این پمپ عمر مفیدی بیش از ده سال نشان داد. در سیستم‌های انتقال گاز کلر، لوله‌های تیتانیوم به محدودیت‌های استحکام و آب‌بندی که قبلاً در مواد غیرفلزی با آنها مواجه بودیم، می‌پردازد.
صنعت کلر{0}}قلیایی دستخوش سه تغییر عمده تجهیزاتی در تولید سود سوزآور شده است: از سلول‌های مخزن افقی تا الکترولیزهای دیافراگمی عمودی در دهه 1960، از گرافیت به آندهای فلزی در دهه 1970، و به فناوری غشای تبادل یونی{3}}در دهه 1980. تیتانیوم در دو انقلاب اخیر نقش اساسی داشته است.
امروزه تجهیزات تیتانیوم-شامل آندها، الکترولیزها، خنک‌کننده‌ها، پیش گرمکن‌ها، برج‌های دکلره، پمپ‌ها، شیرها و لوله‌کشی- ستون فقرات تولید کلر- مدرن را تشکیل می‌دهند. مقاومت در برابر خوردگی، پایداری ابعادی و عمر طولانی این ماده باعث شده است که چگالی جریان بالاتر، مصرف انرژی کمتر، کمپین تجهیزات طولانی‌تر و اثرات زیست‌محیطی کاهش یابد. صنعت کلر{5}}قلیایی یکی از بزرگترین مصرف کنندگان تیتانیوم در بخش شیمیایی باقی مانده است و تیتانیوم همچنان به تزریق حرکت جدید به توسعه صنعتی ادامه می دهد.
