Т. 329, № 9

Очистка циркония от гафния из фторидных расплавов с щелочными металлами

Актуальность исследования обусловлена тем, что в атомной энергетике требуется ядерно-чистый цирконий, содержащий не более 0,01-0,05 мас. % гафния, т. к. последний имеет высокое сечение захвата «тепловых» нейтронов. «Сухая» фторидная технология переработки цирконий-содержащего сырья состоит из стадий фторирования элементным фтором сырья, очистки от примесей и разделения тетрафторидов циркония и гафния, а также металлотермического получения циркония, гафния и сплавов на их основе. Наиболее трудной операцией является очистка тетрафторида циркония от тетрафторида гафния, т. к. их свойства весьма близки. Цель работы: определение и исследование наиболее эффективного способа очистки тетрафторида циркония от гафния, пригодного для использования в промышленных условиях. Методы исследования: теоретический расчёт и экспериментальное определение коэффициента разделения фторидов циркония и гафния в расплаве фторида калия. Результаты. Проведены расчёты, которые показали, что использование фторида калия увеличивает коэффициент разделения тетрафторидов циркония и гафния по сравнению с вакуумной сублимацией без разделительных агентов; увеличение содержания фторида калия в разделяемой смеси фторидов приводит к увеличению эффективности процесса разделения и при содержании фторида калия 0,12 мас. долей коэффициент разделения достигает максимального значения; температура незначительно влияет на коэффициент разделения тетрафторидов циркония и гафния. Эксперименты подтвердили результаты расчёта, что при начальной концентрации фторида калия 12 мас. % и степени сублимации 68,0 %, коэффициент очистки составляет 2,59. Несмотря на то, что коэффициент очистки в присутствии фторида калия достаточно высокий, однако за одну ступень разделения снизить концентрацию гафния в тетрафториде циркония с 2 до 0,05 % и ниже не удаётся. Поэтому были проведены несколько последовательных процессов сублимации тетрафторида циркония. Десублимат, полученный после двукратной вакуумной сублимации тетрафторида циркония с содержанием гафния 0,82 мас. %, спекали с фторидом калия и подвергали вакуумной сублимации. Полученный десублимат исследовали на содержание в нём гафния, смешивали с фторидом калия, и так опыт повторяли несколько раз. Из результатов опытов следует, что, хотя эффективность очистки снижается по мере уменьшения концентрации гафния, достаточно шести циклов очистки для получения тетрафторида циркония реакторной (ядерной) чистоты. Выводы. Предложены и исследованы методы разделения тетрафторидов циркония и гафния из фторидных расплавов с щелочными металлами. Было показано, что коэффициент разделения тетрафторидов достигает значения 2,59. Этот метод позволяет получить тетрафторид циркония реакторного качества.

Ключевые слова:

тетрафторид циркония, тетрафторид гафния, фторид калия, сорбционное разделение, коэффициент разделения, расплавы, атомная энергетика, эффективные способы, очистка, электронный ресурс,

Авторы:

Русаков Игорь Юрьевич

Софронов Владимир Леонидович

Макасеев Юрий Николаевич

Скачать PDF