Zirkonyòm ak Hafnium Separasyon Teknoloji Prensip

Zirkonyòm ak hafnium yo itilize nan diferan aspè nan endistri nikleyè akòz diferans enpòtan yo nan absòpsyon netwon zòn kwa-seksyonèl. Anjeneral, nan alyaj zirkonyòm-afnium yo itilize nan réacteurs atomik, de yo se "konpozan danjere" youn ak lòt. Yo nan lòd yo kenbe pwopriyete yo nikleyè nan zirkonyòm ak afnium alyaj, sèten kondisyon yo mete devan pou kontni an nan zirkonyòm ak alyaj afnium, se sa ki, kontni an nan zirkonyòm nan zirkonyòm pa dwe pi wo pase 100 ppm, ak kontni an nan zirkonyòm nan. hafnium pa dwe pi wo pase 2%. Nan lanati, zirkonyòm ak hafnium yo toujou pwodwi ansanm, epi pa gen okenn zirkonyòm oswa hafnium ki egziste pou kont li. Se poutèt sa, separasyon an nan zirkonyòm ak hafnium te vin kle nan preparasyon an nan nikleyè-klas zirkonyòm ak hafnium. Nan endistri, anpil ekspè ak entelektyèl te pwopoze youn apre lòt metòd diferan pou separe zirkonyòm ak hafnium, ki ka apeprè divize an de kategori sa yo: separasyon piro ak separasyon mouye.

1. Pyro separasyon metòd zirkonyòm ak hafnium
Separasyon piro zirkonyòm ak hafnium te tou yon sijè enpòtan nan rechèch pa chèchè syantifik nan divès peyi. Selon demografik, gen 16 kalite piro separasyon zirkonyòm ak hafnium, nan mitan ki pi reprezantan yo se distilasyon ak rediksyon selektif.

Metòd distilasyon
Metòd distilasyon baze sou lefèt ke kèk konpoze nan zirkonyòm ak hafnium, tankou klori ak klori konplèks ki te pwodwi pa klori nan zirkonyòm ak hafnium ak oksiklorur fosfò, gen diferan pwen bouyi, epi separasyon de la reyalize atravè distilasyon. Metòd distilasyon ka divize an de kategori: metòd fraksyon wo-presyon ak metòd distilasyon sèl fonn. Kounye a, se sèlman metòd distilasyon sèl fonn ki te aplike avèk siksè nan pwodiksyon endistriyèl, ak sistèm distilasyon sèl ki pi lajman itilize se KCl-AlCl3 ak NaCl-KCl. Metòd sa a itilize diferans nan presyon vapè zirkonyòm ak tetrachlorides hafnium nan solvang tankou (sèl fonn KAlK4) pou separe yo nan yon gwo kay won distilasyon.

Metòd rediksyon selektif
Metòd sa a baze sou lefèt ke nan sèten kondisyon, tetrahalid zirkonyòm yo oaza redwi a trihalid oswa disproporsyone nan dihalid pa zirkonyòm pou kont li, pandan y ap tetrahalides afnium yo pa oswa raman redwi, kidonk elaji diferans presyon vapè ant zirkonyòm ak alogenur afnium, ak Lè sa a separe zirkonyòm ak hafnium youn ak lòt atravè distilasyon. Pwosesis la sitou divize an twa etap. Nan premye etap la, ZrCl4 sibi yon reyaksyon rediksyon nan 390-405 degre anba presyon nòmal; nan dezyèm etap la, yon reyaksyon disproporsyone rive nan 420-450 degre. De etap ki anwo yo se sitou pou pirifye zirkonyòm. Twazyèm etap la se pou pirifye hafnium. Apre pirifikasyon, kontni an hafnium nan materyèl la anvan tout koreksyon ogmante soti nan 50% a 70%.

Separasyon pirometallurgik nan pwosesis zirkonyòm ak hafnium dirèkteman sèvi ak tetrachloride zirkonyòm ak hafnium kòm matyè premyè, ki ka dirèkteman konekte ak pwosesis rediksyon metal la, elimine pwosesis konplèks nan operasyon tanzantan nan pirometalliji ak metòd dlo, ak senplifye koule nan pwosesis. Sepandan, metòd sa a bezwen yo dwe te pote soti nan yon tanperati ki pi wo (350-500 degre), ki gen gwo kondisyon pou materyèl ekipman, ak pwosesis la gen dezavantaj yo nan yo te difisil konplètman pirifye enpurte ak gwo envestisman, epi li se sèlman apwopriye pou gwo fondri.

2. Mouye pwosesis separasyon zirkonyòm ak hafnium
Akòz estrikti kouch ekstèn elèktron ki sanble ak kontraksyon lantanid, zirkonyòm ak hafnium yo sanble anpil nan pwopriyete chimik yo. Yo gen gwo kapasite konplèks ak oksijèn, kidonk yo trè fasil idrolize ak polymerize nan solisyon akeuz yo fòme diferan kalite konplèks, ki tou ogmante difikilte pou separasyon zirkonyòm ak hafnium. Sepandan, genyen tou kèk ti diferans nan zirkonyòm ak hafnium nan diferan medya. Ki baze sou diferans sa yo ti tay, chèchè domestik ak etranje yo te pwopoze youn apre lòt yon seri metòd separasyon mouye pou zirkonyòm ak hafnium. Dapre klasifikasyon li yo, li ka sitou divize an kategori sa yo: ekstraksyon sòlvan, separasyon adsorption, separasyon manbràn, ekstraksyon mikwo-sòlvan, ekstraksyon de-faz, kristalizasyon fraksyon ak presipitasyon, nan mitan ki separasyon ekstraksyon sòlvan se pi komen ak etidye. metòd.

Ekstraksyon sòlvan, ke yo rele tou ekstraksyon likid-likid, se yon metòd pou separe ak pirifye soluti lè l sèvi avèk distribisyon an diferan nan solute nan de faz solisyon imisib oswa pasyèlman miscible. Li gen avantaj ki genyen nan gwo volim pwodiksyon, ekipman senp, automatisation fasil, operasyon an sekirite ak vit, ak pri ki ba, epi li lajman ki itilize nan separasyon sibstans. Metòd ekstraksyon sòlvan Depi Fisher te itilize premye MIBK pou separe zirkonyòm ak hafnium nan solisyon thiocyanate an 1947, metòd separasyon sòlvan yo te fè pwogrè ak devlopman alontèm, epi diferan sistèm ekstraksyon ak ekstrè yo te devlope youn apre lòt. A pwezan, plizyè relativman matirite nikleyè-klas zirkonyòm ak hafnium sòlvan ekstraksyon separasyon pwosesis yo te devlope successivement: sistèm MIBK-HSCN, amelyore sistèm TBP ak sistèm TOA/N235-H2SO4.

Sistèm MIBK-HSCN
Metòd MIBK-HSCN sèvi ak diferans ki genyen nan kapasite konpleksi Zr4+ ak Hf{4+ ak iyon SCN- pou retire preferans afnium, ak zirkonyòm rete nan faz akeuz, kidonk reyalize separasyon zirkonyòm ak hafnium. Depi ane 1970 yo, metòd MIBK se pwosesis pwodiksyon separasyon zirkonyòm ak hafnium ki pi lajman itilize nan mond lan, e metòd sa a pwodui prèske 1/3 nan zirkonyòm nikleyè ak afnium nan mond lan. Sepandan, metòd MIBK a gen kèk dezavantaj: (1) MIBK gen yon solubility segondè nan dlo (1.7%), sa ki lakòz gwo pèt sòlvan; (2) Dekonpozisyon thiocyanate amonyòm nan dlo ize endistriyèl pwodui sulfid idwojèn, mercaptan ak iyon cyanide, ki danjere nan anviwònman an; (3) MIBK gen yon odè sèten, ki fè anviwònman atelye fonksyònman an pòv.

Sistèm TBP
Metòd TBP te orijinal envante pa franse JV Kerrigan. Apre ane rechèch kontinyèl ak amelyorasyon pa entelektyèl domestik ak etranje, paramèt pwosesis li yo ak kondisyon yo te chanje anpil konpare ak anvan. Kounye a, sistèm asid melanje TBP-HNO3-HCl se sitou itilize nan endistri. Sistèm sa a dirèkteman itilize zirkonyòm tetrachloride kòm matyè premyè epi li ajoute asid nitrique pou prepare dirèkteman yon solisyon ekstraksyon asid nitrique-asid asid nan zirkonyòm (hafnium). Apre amelyorasyon an, koyefisyan separasyon zirkonyòm ak hafnium te amelyore anpil, jiska 30 ~ 40, epi yo ka jwenn diyoksid zirkonyòm nan nivo atomik ak diyoksid hafnium an menm tan apre yon sèl ekstraksyon. Sepandan, akòz asidite segondè nan sistèm TBP a, li korode ekipman an grav epi li fasil pou emulsifye pandan ekstraksyon, ki afekte dirèkteman operasyon nòmal operasyon ekstraksyon an.

TOA/N235-H2SO4
Metòd TOA a se yon lòt pwosesis separasyon zirkonyòm ak hafnium apre metòd MIBK ak metòd TBP. Metòd sa a sèvi ak asid silfirik kòm mwayen an, preferansyèlman ekstrè zirkonyòm, ak koyefisyan separasyon zirkonyòm ak hafnium se 8 ~ 10. Metòd TOA a gen avantaj ki genyen nan polisyon ki ba, materyèl radyo-aktif konsantre, manyen fasil, ak depans envestisman ki ba, men kapasite ekstraksyon zirkonyòm ak hafnium se ti ak koyefisyan separasyon an pa wo. Nan sans de limit TOA yo, chèchè syantifik yo te fè yon seri de etid ak amelyorasyon sou metòd sa a.

Malgre ke pwosesis ki anwo yo ka reyalize kondisyon yo nan separasyon zirkonyòm ak hafnium, yo gen kèk dezavantaj, tankou solubilite dlo segondè nan MIBK, pwen bouyi ki ba, gwo pèt sòlvan, grav polisyon nan anviwònman an, elatriye; Pwosesis TBP gen gwo korozyon nan ekipman epi li fasil pou emulsifye, elatriye; Metòd TOA ak metòd N235 gen ti kapasite ekstraksyon ak koyefisyan separasyon ki ba, ki limite aplikasyon endistriyèl yo. Amelyore pwosesis tradisyonèl yo ak devlope nouvo pwosesis separasyon zirkonyòm ak hafnium ak koyefisyan separasyon segondè yo se objektif rechèch prensipal yo ak direksyon devlopman nan metòd separasyon ekstraksyon sòlvan aktyèl yo.