Nie dawaj Chrom(VI) szans! Die Chromatexperten Rozpoznawać | Opanowywać | Zapobiegać Cr6.info - Portal wiedzy
Cr(VI) przepisyUSAEUDNLUKPL
Szukaj

14. Transport w fazie gazowej: Tatar/Gannon i van Leeuwen

Polski · AnalizaWersja 1.10Rozdział 14 z 394 Źródła
Pobierz PDFPełny dokument w PDF, Pominięty składnik_Analiza_V1.10_PL.pdf, 1.7 MB

Powstawanie lotnej formy Cr(VI) na gorącym źródle chromu, jej osadzanie się na chłodniejszych włóknach oraz powstawanie chromianu wapnia lub sodu są różnymi etapami reakcji. Mogą występować obok siebie lub jeden po drugim. Stwierdzenie, że Cr(VI) powstaje także bez materiału izolacyjnego zawierającego wapń, należy zatem odróżniać od pytania, jaką rolę taki materiał izolacyjny odgrywa przy wiązaniu, ilości i formie chemicznej osadzonego chromu. [11, 35-37]

BadanieWarunki doświadczeniaWynik analityczny / umiejscowienie
Tatar/Gannon i in. 2018 [35]Stal ferrytyczna T409 w temperaturze 700 °C; wilgotne powietrze, p(H₂O) około 0,16 bar; 900 standardowych cm³/min; oddzielone włókna glinokrzemianowe przy 100–230 °C; 150 h.XPS wykazuje Cr(VI) i Cr(III) na włóknach. Jako mechanizm proponuje się adsorpcję, dehydratację i estryfikację z powierzchniowymi grupami OH. Brak swoistego dowodu fazowego CaCrO₄ lub Na₂CrO₄ w doświadczeniu z włóknami.
van Leeuwen i in. 2024 [36]Proszek Cr₂O₃ jako źródło; obszar gorący około 800–850 °C; około 3 % objętościowych wody w powietrzu; około 600 cm³/min; 150 h. Włókna oddzielone w chłodniejszym obszarze wylotowym.Cr(VI) oznacza się mokrą metodą chemiczną z dwufenylokarbazydem i UV-Vis, chrom ogólny metodą ICP-OES. CaCrO₄ na włóknach AES zawierających wapń modeluje się termodynamicznie. Zmierzony Cr(VI) i modelowany skład fazowy należy odróżniać.
Sayano i in. 2015 [11]Bezpośredni kontakt metali zawierających chrom z materiałami izolacyjnymi wapniowo-krzemianowymi lub zawierającymi sód; obróbka cieplna w powietrzu.CaCrO₄ i Na₂CrO₄ identyfikuje się metodą XRD na granicy faz metal–materiał izolacyjny. Droga ta nie wymaga ani transportu w fazie gazowej, ani estryfikacji grup powierzchniowych.

Tatar bada oksywodorotlenek chromu z gorącego źródła stalowego i jego oddziaływanie z oddzielonymi przestrzennie, chłodniejszymi włóknami glinokrzemianowymi. Proponowana estryfikacja dotyczy wiązań powierzchniowych zawierających chromian na centrach glinowych i krzemowych; nie należy jej zrównywać z wykazaniem chromianu wapnia lub sodu. Ciąg reakcji wyprowadzono z wyników XPS i z piśmiennictwa. Sam Cr(VI) został przy tym stwierdzony analitycznie. [35]

Jeżeli Tatara przywołuje się jako dowód na to, że chemia materiału izolacyjnego jest dla osadów Cr(VI) zasadniczo bez znaczenia, przekracza to zbadany stan rzeczy. Praca pokazuje drogę powstawania i transportu bez koniecznego udziału wapnia na gorącym źródle. Nie uchyla ona ani bezpośredniego dowodu na granicy faz uzyskanego przez Sayano, ani późniejszej reakcji ze składnikami wapniowymi i sodowymi. [11, 35]

Van Leeuwen wyraźnie podejmuje pracę Tatara/Gannona i porównuje włókna kwarcowe, z tlenku glinu oraz dwa włókna krzemianowe z metali ziem alkalicznych (AES). Wszystkie cztery materiały gromadzą Cr(VI). Obie próbki AES wykazują w badanych roztworach po mineralizacji wyższe bezwzględne stężenia Cr(VI) niż próbki kwarcowe i z tlenku glinu. Udział Cr(VI) w chromie ogólnym nie rośnie jednak w każdej próbce w tym samym stopniu: poszczególne wartości z tabeli II pozwalają na dokładniejsze stwierdzenie niż ogólny opis zawsze wyższych udziałów Cr(VI) w przypadku AES. [36]

Próbka włóknaCr(VI), mg/lCr ogólny, mg/lCr(VI)/Cr ogólny
Kwarc0,7391,33955 %
Tlenek glinu0,4031,97620 %
AES nr 10,8732,17040 %
AES nr 21,7473,04057 %

Wartości według tabeli II; udziały procentowe obliczone z opublikowanych wartości jednostkowych i zaokrąglone. Chodzi o stężenia w roztworach po mineralizacji, nie o stężenia w powietrzu ani bezpośrednio o mg/kg materiału izolacyjnego. Przy porównywaniu ilości należy uwzględnić różne geometrie włókien i położenia próbek. [36]

Autorzy modelują programem FactSage reakcję kondensujących form chromu ze składnikami tlenkowymi i opisują CaCrO₄ jako istotny możliwy nośnik Cr(VI) we włóknach zawierających wapń. Uzupełnia to mechanistycznie transport w fazie gazowej. Badanie nie zastępuje jednak bezpośredniego dowodu fazowego XRD z doświadczenia kontaktowego Sayano. Chemicznie CaCrO₄ jest chromianem Cr(VI); CaCr₂O₄ zawiera natomiast Cr(III). Odbiegające zapisy wzorów w poszczególnych fragmentach należy sprawdzać na podstawie stopnia utlenienia. [11, 36]

Dla przeniesienia na instalacje trzeba uwzględnić warunki doświadczenia: Tatar stosuje silnie nawilżone powietrze; van Leeuwen około 3 % objętościowych wody. Obaj prowadzą skierowany strumień gazu przez rurę z gorącym źródłem i umieszczonymi dalej próbkami włókien. Doświadczenie van Leeuwena przebiega przy miejscowym ciśnieniu atmosferycznym, a nie w wysokociśnieniowym reaktorze parowym. Publikacja podaje w streszczeniu 800 °C, a w części metodycznej kalibrację środka pieca na 850 °C. Doświadczenia wyjaśniają możliwości reakcji; ich ilości nie są bezpośrednio przenoszalne na swobodnie omywaną zewnętrzną izolację silnika. [35, 36]

Europejskie zrzeszenie producentów jako zleceniodawca: ECFIA i Montana State University

Tatar i van Leeuwen pracują w tej samej amerykańskiej grupie badawczej na Montana State University; Paul Gannon jest współautorem obu publikacji. Rozprawa doktorska van Leeuwena z maja 2024 roku wyraźnie opisuje na stronie 2, że badania wynikły z zapytania ECFIA jako zrzeszenia europejskich producentów wysokotemperaturowych wełn izolacyjnych. Badane miały być twierdzenia konkurentów, jakoby ich wyroby zmniejszały lub zapobiegały powstawaniu Cr(VI). Podziękowania na stronie iii wymieniają częściowe finansowanie przez partnerów przemysłowych ECFIA. [35-37]

Tym samym udokumentowane jest, że powstawanie Cr(VI) na wysokotemperaturowych wełnach izolacyjnych było w europejskim zrzeszeniu producentów znane jako zagadnienie; powodem były twierdzenia konkurencji o zmniejszaniu powstawania Cr(VI) lub zapobieganiu mu. Rozprawa i późniejsza publikacja są nakładającymi się wynikami tego samego kontekstu badawczego, a nie wzajemnie niezależnymi potwierdzeniami. Informacja o finansowaniu odnosi się tutaj do projektu rozprawy; nie jest bez dalszych zastrzeżeń podawana jako swoiste finansowanie każdej poszczególnej publikacji. [36, 37]

Wynika z tego precyzyjne pytanie: jakie wyniki i kiedy przekazano uczestniczącym partnerom przemysłowym oraz w jaki sposób weszły one do informacji o wyrobach i do ostrzeżeń odniesionych do zastosowania? Wynik naukowy należy oceniać niezależnie od tej kwestii komunikacyjnej, na podstawie jego metod i danych.

Źródła cytowane w tym rozdziale

  1. 11.
    Sayano, A.; Kanno, H.; Inagaki, S.; Takahashi, M.; Yoshida, M.: The formation of Cr(VI) compound at the interface between metal and heat-insulating material and the approach to prevent the formation by sol-gel process. Journal of the Ceramic Society of Japan 2015, 123, 677-684. DOI: 10.2109/jcersj2.123.677. Przedłożone badanie
  2. 35.
    Tatar, G. i in. / Gannon, P.: XPS Characterization of Aluminosilicate Fibers Post Interaction with Chromium Oxyhydroxide at 100-230°C. Journal of The Electrochemical Society 165 (2018), C624-C632. DOI: 10.1149/2.0801810jes. Przedłożony pełny tekst.
  3. 36.
    van Leeuwen, T. K. i in.: Reactive Condensation of Cr Vapor on Aluminosilicates Containing Alkaline Oxides. Journal of The Electrochemical Society 171 (2024), 091501, opublikowano 2 września 2024. DOI: 10.1149/1945-7111/ad7061. Przedłożony pełny tekst; metody, tabele I/II i modelowanie przeanalizowane oddzielnie.
  4. 37.
    van Leeuwen, T. K.: Condensation of Chromium Vapor, Generated in High-Temperature (>800°C) Environments, and Interactions with Aluminosilicate Surfaces. Rozprawa doktorska, Montana State University, maj 2024. Przedłożony pełny tekst; w szczególności strony drukowane iii i 2 (ECFIA, finansowanie i powód badań).
    Dostępne u autora, nieosiągalne publicznie.