Lösungen und Grenzen thermophysikalischer Messungen an Salz-Systemen

Dr. Dmitrijs Sergejevs, NETZSCH-Gerätebau GmbH

Abhängig von der Zusammensetzung der Salze (z. B. ^Li+, ^Na+, ^K+, ^Mg2+, ^Ca2+//NO3-, ^F-, ^Cl-, ^CO32-, ^SO42- usw.) kann der Temperaturbereich für verschiedene Anwendungen stark variieren - von Raumtemperatur bis hin zu 1500 °C. Für die korrekte Auslegung und Modellierung von Wärmetauschern und anderen Anlagen sind zuverlässige und validierte Datensätze zu thermophysikalischen Eigenschaften wie Dichte, Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit erforderlich. Die rheologischen Eigenschaften von Salzschmelzen sind entscheidend für die Optimierung des Designs und der Effizienz von Pumpsystemen, da sie das Fließverhalten, den Druckverlust und den Energiebedarf in Rohrleitungen und Wärmetauschern direkt beeinflussen. Diese Eigenschaften hängen stark von der Probenvorbereitung und der Wahl des Tiegelmaterials ab. Informationen zur thermischen Stabilität sowie zum Verdampfungs- und Zersetzungsverhalten von Salzen sind ebenfalls entscheidend für die Interpretation experimenteller Ergebnisse. Einige Salzgemische können metastabile Phasen bilden, die von der Temperaturprofil oder anderen Parametern der Geräten abhängen können. Um eine gültige und zuverlässige Bestimmung thermodynamischer und thermophysikalischer Eigenschaften zu erhalten, ist der Einsatz mehrerer, unabhängiger Methoden unerlässlich.

Die Untersuchung von Salzen ist in vielen Fällen durch die Randbedingungen eingeschränkt, z.B. spielen Faktoren wie Reinheit, Hygroskopizität, Flüchtigkeit, Korrosion und Reaktionen mit Tiegelmaterialien sowie Kriechen und Benetzung der Tiegel eine entscheidende Rolle. Daher müssen für jede Art von Salz die experimentellen Bedingungen individuell festgelegt werden. Die Wahl des Tiegelmaterials und Geometrie hängt von den spezifischen Anforderungen der thermischen Analysemethode ab, um eine zuverlässige Bestimmung thermodynamischer (Wärmekapazität, Enthalpie von Phasenübergängen) und thermophysikalischer (Wärmeleitfähigkeit, thermische Ausdehnung, Viskosität) Eigenschaften zu erzielen. NETZSCH bietet neue Tiegel aus Inconel-600-Legierung an, die gegen korrosive Einflüsse geschmolzener Salze beständig sind. Neue TMA- und DIL-Graphittiegel wurden entwickelt und mit verschiedenen Salzmischungen getestet. Die erhaltenen Ergebnisse zur thermischen Ausdehnung in flüssiger und fester Phase stimmen gut mit Literaturwerten überein. Darüber hinaus zeigt im Temperaturbereich zwischen 260 °C bis 350 °C eine neue Geometrie aus Nickel zur Viskositätsbestimmung in Rheometern zuverlässige Ergebnisse an geschmolzenen Salzen bei verschiedenen Scherraten von 50 bis 300 s-¹.