UNTERSUCHUNG DES LANGELIER-INDEX: EINFLUSS VERSCHIEDENER PARAMETER AUF DIE AGGRESSIVITÄT DES WASSERS

Wie wir bereits wissen, ist die Außenkorrosion von Verpackungen eines der Hauptprobleme in der Verpackungsindustrie, das die meisten Beschwerden von Konservenherstellern hervorruft. In vielen Fällen ist das Behandlungswasser die Hauptursache für die Korrosion. Wir werden uns eine der Wassertestmethoden ansehen, die uns helfen können, dieses Problem zu kontrollieren.

Der Langelier-Sättigungsindex (LSI) ist ein Gleichgewichtsmodell, das aus dem theoretischen Konzept der Sättigung abgeleitet ist und einen Indikator für den Sättigungsgrad von Wasser in Bezug auf Kalziumkarbonat liefert. Er ist einer der Indizes, die als Referenz für die Bewertung der Korrosivität von Wasser verwendet werden.

Der LSI ist wahrscheinlich der am häufigsten verwendete Indikator für das Kaltwasserpotenzial. Es handelt sich um einen reinen Gleichgewichtsindex, der nur die thermodynamische Triebkraft für das Ausmaß der Bildung und des Wachstums von Kalziumkarbonat berücksichtigt.

Zur Berechnung des LSI müssen die Alkalinität (mg/l als CaCO3), die Kalziumhärte (mg/l Ca2+ als CaCO3), die gesamten gelösten Feststoffe (mg/l TDS), der pH-Wert und die aktuelle Wassertemperatur^(oC) bekannt sein. Wenn der TDS-Wert nicht bekannt ist, aber die Leitfähigkeit bekannt ist, kann  den TDS-Wert in mg/L anhand eines in der Branche weit verbreiteten Umrechnungsfaktors schätzen.

Der LSI ist definiert als:  LSI = pH – pHs

pH ist das Maß für den pH-Wert des Wassers   pHs ist der pH-Wert bei Sättigung in Calcit oder Calciumcarbonat und ist definiert als:

pH-Wert = (9,3 + A + B) – (C + D)

A = (Log10 [TDS] – 1) / 10   B = -13,12 x Log10 (oC+ 273) + 34,55   C = Log10 [Ca2+ als CaCO3] – 0,4   D = Log10 [Alkalinität als CaCO3] Neben dem pH-Wert des Wassers haben wir also fünf Faktoren, die den Langelier-Index beeinflussen.

Wir werden sehen, wie die Variabilität jedes einzelnen von ihnen den Langelier-Index beeinflusst. Dazu gehen wir von Wasserparametern aus, die für Industriewasser als normal angesehen werden können, und variieren durch die Einstellung von vier dieser Parameter das andere Element innerhalb der tolerierbaren Industrieparameter. Wir stellen also fest, dass die chemischen Eigenschaften dieses Wassers und der Bereich jedes einzelnen Parameters sein würden:

pH= 7,6 und wir werden die pH-Veränderungen von 6,0 bis 8,5 abschätzen.

Alkalinität =90 mg/l (als CaCO3) und wir schätzen einen Bereich zwischen 25 und 140 mg/l.

Härte= 300 ppm (als CaCO3) und wir schätzen einen Bereich von 20 bis 400 ppm.

TDS = 800 ppm und wir schätzen einen Bereich zwischen 50 und 1200 ppm.

Tº: Der LSI wird für zwei Temperaturwerte von 25 und 85 ºC berechnet, mit Ausnahme der Bewertung der Temperaturänderung, die von 10 bis 120 ºC vorgenommen wird.

Bei einer Variation des pH-Wertes zwischen 6 und 8,5 erhalten wir die folgenden Ergebnisse:

Der LSI variiert in einem Bereich von etwa 2,5 Punkten, von -1,55 bis 0,95 für kaltes Wasser und von -0,5 bis 2,0 für Wasser mit einer Temperatur von 85ºC.

Bei Änderungen der Alkalinität zwischen 25 und 140 mg/l:

Die LSI-Änderungen umfassen einen Bereich von ca. 0,75 Punkten, der von -0,5 bis 0,245 für kaltes Wasser und von 0,55 bis 1,29 für Wasser mit einer Temperatur von 85 °C reicht.

Für Änderungen der gesamten gelösten Feststoffe (TDS) von 50 bis 1200 ppm:

Der LSI schwankt zwischen 0,17 und 0,035 für kaltes Wasser und zwischen 1,22 und 1,08 für Wasser mit einer Temperatur von 85º, d.h. er hat eine Schwankungsbreite von etwa 0,15 Einheiten.

Bei einer Änderung der Wasserhärte von 20 bis 400 ppm ergibt sich folgendes Bild:

Der LSI variiert in einem Bereich von etwa 1,3 Punkten, der von -1,12 bis 0,18 für kaltes Wasser und von -0,08 bis 1,22 für Wasser mit einer Temperatur von 85ºC reicht.

Betrachten wir abschließend den Einfluss der Temperatur auf LSI-Veränderungen. Obwohl wir wissen, dass wir darauf wenig Einfluss haben, da es sich um Prozesstemperaturen handelt, ist es auch nützlich zu wissen, wie sie den Langelier-Index im Wasser beeinflussen:

Wir sehen, dass die Temperatur von 10 bis 120ºC den Langelier-Index in einem Bereich von fast 2 Punkten variiert, von -0,24 bis 1,63.

In Anbetracht all dieser Faktoren ist es leicht zu verstehen, wie wir den Langelier-Index variieren können, und vor allem, dass die Elemente, die im Wasser leichter zu manipulieren sind, wie pH-Wert, Härte und Temperatur, genau diejenigen sind, die den Index innerhalb der festgelegten Variabilitätsbereiche am meisten beeinflussen.

Ebenso zeigt sich, dass die Alkalinität und der TDS-Wert keinen großen Einfluss auf den LSI haben, obwohl der TDS-Wert zum Beispiel andere ausfällende Einflüsse auf andere Salze und vor allem auf die Erhöhung der Leitfähigkeit hat, was zu einer anderen Art von Korrosion (galvanisch) führen würde.

Wir wissen, dass ein LSI-Wert unter -0,5 anzeigt, dass das Wasser korrosiv ist; je niedriger der LSI-Wert, desto korrosiver ist das Wasser.

Ein positiver Langelier-Index (>0,5) deutet dagegen darauf hin, dass das Wasser ausfällt, d. h. Karbonate ablagert. Je höher der LSI, desto stärker würde es die Behältnisse verfärben und könnte während der Lagerung zu Korrosion führen.