Ti/TiO2/Ni2+ interface: unexpected protection of Ti by Ni2+ cations in hot sulphuric acid

Abstract

The processing of nickel ores involves: high temperatures (>100°C), high [H2SO4] and high [Cl−]. Despite the severity of this service, pure titanium can be used because it presents very low corrosion rates. Looking for the fundamental causes of this behaviour, it was found that the potential of the couple Ti4+/Ti3+ shifted to more negative potentials than the couple Ni2+/Ni in these conditions. Thus, Ni2+ was reduced to Ni metal, oxidising Ti3+ to Ti4+. This increased the concentration of Ti4+ which was critical for the formation of the protective TiO2 layer. In turn, the TiO2 passivated the active titanium dissolution. Also, the deposited Ni catalysed the cathodic kinetics, producing a mixed potential in the passive region for titanium. This process involves Ti/TiO2/Ni2+ and Ti/Ni2+ interface systems, and Ti/Ni2+ behaviour is somewhat like a titanium–nickel alloy.Le traitement des minerais de nickel implique des températures élevées (>100°C) et une concentration élevée de [H2SO4] et de [Cl−]. En dépit de la sévérité de ces conditions, on peut utiliser le titane pur parce que celui-ci présente de très faibles taux de corrosion. Examinant les raisons fondamentales de ce comportement, on a trouvé que le potentiel du couple Ti4+/Ti3+ se déplaçait vers des potentiels plus négatifs que celui du couple Ni2+/Ni sous ces conditions. Ainsi, le Ni2+ était réduit en métal Ni, oxydant le Ti3+ en Ti4+. Ceci augmentait la concentration de Ti4+, qui est critique pour la formation de la couche protectrice de TiO2. À son tour, le TiO2 rend passive la dissolution active du titane. Également, le Ni déposé catalyse la cinétique cathodique, produisant un potentiel mixte dans la région passive du titane. Ce procédé implique les systèmes de l’interface Ti/TiO2/Ni2+ et Ti/Ni2+et le comportement du Ti/Ni2+ est plus ou moins comme un alliage de titane-nickel.