ÄtznatronNatriumhydroxid (NaOH) ist einer der wichtigsten chemischen Rohstoffe mit einer jährlichen Gesamtproduktion von 106 Tonnen. NaOH wird in der organischen Chemie, bei der Aluminiumherstellung, in der Papierindustrie, in der Lebensmittelverarbeitung, bei der Herstellung von Waschmitteln usw. verwendet. Ätznatron ist ein Nebenprodukt bei der Chlorherstellung, die zu 97 % durch Elektrolyse von Natriumchlorid erfolgt.
Ätznatron wirkt aggressiv auf die meisten metallischen Werkstoffe, insbesondere bei hohen Temperaturen und Konzentrationen. Nickel ist jedoch seit Langem bekannt für seine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gegenüber Ätznatron bei allen Konzentrationen und Temperaturen, wie Abbildung 1 zeigt. Darüber hinaus ist Nickel, außer bei sehr hohen Konzentrationen und Temperaturen, immun gegen spannungsinduzierte Korrosion durch Ätznatron. Daher werden in den Phasen der Ätznatronproduktion, die höchste Korrosionsbeständigkeit erfordern, die Nickel-Standardlegierungen 200 (EN 2.4066/UNS N02200) und 201 (EN 2.4068/UNS N02201) eingesetzt. Auch die Kathoden der im Membranverfahren verwendeten Elektrolysezelle bestehen aus Nickelblech. Die nachgeschalteten Einheiten zur Konzentration der Lauge sind ebenfalls aus Nickel gefertigt. Sie arbeiten meist nach dem Prinzip der mehrstufigen Verdampfung mit Fallfilmverdampfern. In diesen Anlagen wird Nickel in Form von Rohren oder Rohrböden für die Vorverdampfungs-Wärmetauscher, als Bleche oder plattierte Platten für die Vorverdampfungseinheiten sowie in den Rohrleitungen zum Transport der Natronlauge verwendet. Abhängig von der Durchflussrate können die Natronlaugekristalle (übersättigte Lösung) die Wärmetauscherrohre erodieren, wodurch ein Austausch nach einer Betriebsdauer von 2–5 Jahren erforderlich wird. Das Fallfilmverdampfungsverfahren dient zur Herstellung hochkonzentrierter, wasserfreier Natronlauge. Im von Bertrams entwickelten Fallfilmverfahren wird geschmolzenes Salz mit einer Temperatur von etwa 400 °C als Heizmedium verwendet. Hier sollten Rohre aus der kohlenstoffarmen Nickellegierung 201 (EN 2.4068/UNS N02201) verwendet werden, da bei Temperaturen über etwa 315 °C (600 °F) der höhere Kohlenstoffgehalt der Standard-Nickellegierung 200 (EN 2.4066/UNS N02200) zur Graphitausscheidung an den Korngrenzen führen kann.
Nickel ist das bevorzugte Konstruktionsmaterial für Natronlaugeverdampfer, wenn austenitische Stähle nicht eingesetzt werden können. Bei Vorhandensein von Verunreinigungen wie Chloraten oder Schwefelverbindungen – oder wenn höhere Festigkeiten erforderlich sind – werden in manchen Fällen chromhaltige Werkstoffe wie die Legierung 600 L (EN 2.4817/UNS N06600) verwendet. Ebenfalls von großem Interesse für alkalische Umgebungen ist die hochchromhaltige Legierung 33 (EN 1.4591/UNS R20033). Sollten diese Werkstoffe eingesetzt werden, muss sichergestellt sein, dass die Betriebsbedingungen keine Spannungsrisskorrosion begünstigen.
Die Legierung 33 (EN 1.4591/UNS R20033) weist eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit in 25- und 50%iger NaOH bis zum Siedepunkt sowie in 70%iger NaOH bei 170 °C auf. Diese Legierung zeigte auch in Feldversuchen in einer Anlage, die Natronlauge aus dem Diaphragma-Verfahren ausgesetzt war, hervorragende Leistungen.39 Abbildung 21 zeigt einige Ergebnisse zur Konzentration dieser mit Chloriden und Chloraten verunreinigten Diaphragma-Lauge. Bis zu einer NaOH-Konzentration von 45 % weisen die Werkstoffe Legierung 33 (EN 1.4591/UNS R20033) und Nickellegierung 201 (EN 2.4068/UNS N2201) eine vergleichbar hervorragende Beständigkeit auf. Mit steigender Temperatur und Konzentration wird die Legierung 33 sogar beständiger als Nickel. Aufgrund ihres hohen Chromgehalts scheint die Legierung 33 daher vorteilhaft für den Umgang mit chlorid- und hypochlorithaltigen Laugen aus dem Diaphragma- oder Quecksilberzellenverfahren zu sein.
Veröffentlichungsdatum: 21. Dezember 2022