Elektrochemische Abscheidung von Zirkonium aus nichtwässrigen Lösungsmitteln im chemischen Apparatebau

Project Koordinator @ CEST: Andreas Laskos

Kurzfassung:

Ziel des geplanten Projektes ist die Entwicklung eines technischen Verfahrens zur gleichmäßigen elektrochemischen Beschichtung von Stripperrohren aus Edelstahl, die in der Harnstoffproduktion Verwendung finden, mit metallischem Zirkonium. Durch das Aufbringen der chemisch resistenten Zirkoniumbeschichtung wird der Stahlbauteil gegen Korrosion geschützt. Gegenwärtig werden für diesen Anwendungszweck spezielle chemisch resistente Edelstähle oder bimetallische Zirkoniumedelstahlrohre verwendet. Zirkonium ist wesentlich korrosionsbeständiger als die bestem am Markt verfügbaren Edelstähle aber reine Zirkoniumrohre wären aufgrund des hohen Preises nicht wirtschaftlich. Bei den bimetallischen Rohren besteht das äußere Rohr aus hochbelastbarem Edelstahl und das innere Rohr aus korrosionsbeständigem Zirkonium. Ein Problem bei der Verwendung bimetallischer Rohre kann das Einsickern von Reaktionsmedien zwischen den Rohren sein, welche beträchtliche Korrosion auslösen kann. Dieses Problem kann bei einem elektrochemisch beschichteten Rohr nicht auftreten. Ein weiterer Vorteil eines elektrochemischen Verfahrens ist die Möglichkeit dünnere Zirkonium Beschichtungen abzuscheiden und somit deutlich Kosten und Energie einzusparen. Zirkonium-beschichtungen werden heutzutage einerseits mittels PVD (Physikalische Gasphasenabscheidung) bzw. durch eine elektrochemische Abscheidung bei hohen Temperaturen in Salzschmelzen hergestellt. Beide Prozesse sind sehr kosten und energieintensiv, wobei bei der Verwendung von Salzschmelzen zusätzlich noch die Verwendung toxischer Chemikalien zu berücksichtigen ist. Alternativ kann Zirkonium aus organischen Lösungen oder unter Verwendung ionischer Flüssigkeiten abgeschieden werden. Als Substrate wurden Platin, Kupfer, Nickel, Titan und Edelstahl verwendet. Es konnte gezeigt werden, dass Zirkonium prinzipiell abgeschieden werden kann aber detaillierte Studien über Morphologie, Schichtqualität, Kinetik, Einfluss der Elektrolytströmung usw. fehlen. Insbesondere die Beschichtung auf Edelstahl ist nahezu unerforscht. Aufbauend auf den Ergebnissen aus der Literatur wird in dem geplanten Projekt, die Abscheidung aus ionischen Flüssigkeiten dahingehend entwickelt bzw. optimiert werden, dass eine kompakte Zirkoniumschicht auf dem Edelstahl abgeschieden wird. Zusätzlich soll bei der Entwicklung des Beschichtungsprozesses darauf geachtet werden, dass die Auswahl der Materialien, Chemikalien (ionische Flüssigkeiten etc.) für einen industriellen Prozess geeignet und eine künftige Hochskalierung möglich sein soll.

 Projektinformationen:

Programm: Bridge

Fördergeber: FFG

Projektdauer: 03.01.2022- 02.07.2023

 Project partners: Schoeller-Bleckmann Nitec GmbH