Ätznatron(NaOH) ist mit einer jährlichen Gesamtproduktion von 106 t einer der wichtigsten chemischen Rohstoffe. NaOH wird in der organischen Chemie, bei der Aluminiumherstellung, in der Papierindustrie, in der Lebensmittelindustrie, bei der Herstellung von Waschmitteln usw. verwendet. Natronlauge ist ein Nebenprodukt bei der Herstellung von Chlor, das zu 97 % ausfällt erfolgt durch Elektrolyse von Natriumchlorid.
Natronlauge wirkt aggressiv auf die meisten metallischen Werkstoffe, insbesondere bei hohen Temperaturen und Konzentrationen. Es ist jedoch seit langem bekannt, dass Nickel bei allen Konzentrationen und Temperaturen eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit gegenüber Natronlauge aufweist, wie Abbildung 1 zeigt. Darüber hinaus ist Nickel, außer bei sehr hohen Konzentrationen und Temperaturen, immun gegen durch Ätzmittel verursachte Spannungsrisskorrosion. In diesen Phasen der Natronlaugeproduktion, die höchste Korrosionsbeständigkeit erfordern, werden daher die Nickel-Standardqualitäten Alloy 200 (EN 2.4066/UNS N02200) und Alloy 201 (EN 2.4068/UNS N02201) eingesetzt. Auch die Kathoden der im Membranverfahren eingesetzten Elektrolysezelle bestehen aus Nickelblechen. Auch die nachgeschalteten Einheiten zur Aufkonzentrierung der Flotte bestehen aus Nickel. Sie arbeiten nach dem mehrstufigen Verdampfungsprinzip meist mit Fallfilmverdampfern. In diesen Anlagen wird Nickel in Form von Rohren oder Rohrböden für die Vorverdampfungswärmetauscher, als Bleche oder plattierte Platten für die Vorverdampfungseinheiten und in den Rohren zum Transport der Natronlauge eingesetzt. Abhängig von der Durchflussmenge kann es durch die Natronlaugekristalle (übersättigte Lösung) zu Erosionen an den Wärmetauscherrohren kommen, die nach einer Betriebszeit von 2–5 Jahren einen Austausch erforderlich machen. Mit dem Fallfilmverdampferverfahren wird hochkonzentrierte, wasserfreie Natronlauge hergestellt. Beim von Bertrams entwickelten Fallfilmverfahren wird als Heizmedium geschmolzenes Salz mit einer Temperatur von etwa 400 °C verwendet. Hier sollten Rohre aus kohlenstoffarmer 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) zunimmt ) kann zu Graphitausscheidungen an den Korngrenzen führen.
Nickel ist das bevorzugte Konstruktionsmaterial für Natronlaugeverdampfer, bei denen austenitische Stähle nicht verwendet werden können. Bei Vorhandensein von Verunreinigungen wie Chloraten oder Schwefelverbindungen – oder wenn höhere Festigkeiten erforderlich sind – werden teilweise chromhaltige Werkstoffe wie Alloy 600 L (EN 2.4817/UNS N06600) eingesetzt. Von großem Interesse für ätzende Umgebungen ist auch die Legierung 33 mit hohem Chromgehalt (EN 1.4591/UNS R20033). Bei der Verwendung dieser Werkstoffe ist darauf zu achten, dass aufgrund der Betriebsbedingungen keine Spannungsrisskorrosion zu erwarten ist.
Legierung 33 (EN 1.4591/UNS R20033) weist eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit in 25 und 50 % NaOH bis zum Siedepunkt und in 70 % NaOH bei 170 °C auf. Diese Legierung zeigte auch in Feldtests in einer Anlage, die Natronlauge aus dem Diaphragmaprozess ausgesetzt war, eine hervorragende Leistung.39 Abbildung 21 zeigt einige Ergebnisse bezüglich der Konzentration dieser Diaphragmalauge, die mit Chloriden und Chloraten verunreinigt war. Bis zu einer Konzentration von 45 % NaOH zeigen die Werkstoffe Legierung 33 (EN 1.4591/UNS R20033) und Nickellegierung 201 (EN 2.4068/UNS N2201) eine vergleichbar hervorragende Beständigkeit. Mit zunehmender Temperatur und Konzentration wird Legierung 33 noch widerstandsfähiger als Nickel. Daher scheint Legierung 33 aufgrund ihres hohen Chromgehalts vorteilhaft für den Umgang mit Laugen mit Chloriden und Hypochlorit aus dem Diaphragma- oder Quecksilberzellenprozess zu sein.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 21. Dezember 2022