Ätznatron(NaOH) ist mit einer jährlichen Gesamtproduktion von 106 t einer der wichtigsten chemischen Rohstoffe. NaOH wird in der organischen Chemie, bei der Aluminiumproduktion, in der Papierindustrie, in der Lebensmittelindustrie, bei der Herstellung von Waschmitteln usw. verwendet. Ätznatron ist ein Nebenprodukt bei der Chlorproduktion, die zu 97 % durch Elektrolyse von Natriumchlorid erfolgt.
Natronlauge greift die meisten metallischen Werkstoffe an, insbesondere bei hohen Temperaturen und Konzentrationen. Es ist jedoch seit langem bekannt, dass Nickel bei allen Konzentrationen und Temperaturen eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gegenüber Natronlauge aufweist, wie Abbildung 1 zeigt. Darüber hinaus ist Nickel, außer bei sehr hohen Konzentrationen und Temperaturen, immun gegen ätzinduzierte Spannungsrisskorrosion. Daher werden in diesen Stufen der Natronlaugeproduktion, in denen höchste Korrosionsbeständigkeit gefordert ist, die Nickel-Standardsorten 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. Die nachgeschalteten Einheiten zur Konzentration der Lauge bestehen ebenfalls aus Nickel. Sie arbeiten nach dem mehrstufigen Verdampfungsprinzip, meist mit Fallfilmverdampfern. Nickel wird in diesen Anlagen in Form von Rohren oder Rohrböden für die Vorverdampfungswärmetauscher, als Bleche oder plattierte Platten für die Vorverdampfungseinheiten sowie in den Rohrleitungen zum Transport der Natronlauge verwendet. Die Natronlaugekristalle (übersättigte Lösung) können je nach Durchflussmenge Erosionen an den Wärmetauscherrohren verursachen, die nach einer Betriebsdauer von 2–5 Jahren einen Austausch erforderlich machen. Zur Herstellung hochkonzentrierter, wasserfreier Natronlauge wird das Fallfilmverdampfungsverfahren eingesetzt. Bei dem 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 der höhere Kohlenstoffgehalt der Standard-Nickellegierung 200 (EN 2.4066/UNS N02200) bei Temperaturen über etwa 315 °C (600 °F) zu Graphitausscheidungen an den Korngrenzen führen kann.
Nickel ist der bevorzugte Werkstoff für Natronlaugenverdampfer, wenn austenitische Stähle nicht eingesetzt werden können. Bei Verunreinigungen wie Chloraten oder Schwefelverbindungen oder wenn höhere Festigkeiten gefordert sind, kommen in manchen Fällen chromhaltige Werkstoffe wie die Legierung 600 L (EN 2.4817/UNS N06600) zum Einsatz. Ebenfalls interessant für ätzende Umgebungen ist die hochchromhaltige Legierung 33 (EN 1.4591/UNS R20033). Beim Einsatz dieser Werkstoffe muss sichergestellt werden, dass die Betriebsbedingungen keine Spannungsrisskorrosion verursachen.
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 eine ausgezeichnete Leistung in Feldtests in einer Anlage, die Natronlauge aus dem Diaphragmaprozess ausgesetzt war.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 sogar beständiger als Nickel. Aufgrund ihres hohen Chromgehalts scheint Legierung 33 daher vorteilhaft für den Umgang mit Laugen mit Chloriden und Hypochlorit aus dem Diaphragma- oder Quecksilberzellenprozess zu sein.
Veröffentlichungszeit: 21. Dezember 2022