- Код статьи
- 10.31857/S0235010624020055-1
- DOI
- 10.31857/S0235010624020055
- Тип публикации
- Статья
- Статус публикации
- Опубликовано
- Авторы
- Том/ Выпуск
- Том / Номер выпуска 2
- Страницы
- 211-222
- Аннотация
- В 2021 г. в АО ЧМЗ введено в эксплуатацию производство высокочистой циркониевой губки для производства компонентов ядерного топлива. Одним из основных этапов производства является очистка циркония от гафния до остаточной концентрации менее 0.01 мас. %. Очистка осуществляется методом ректификационного разделения смеси тетрахлоридов циркония и гафния в расплаве KCl–AlCl₃. Опыт эксплуатации установки разделения тетрахлоридов циркония и гафния показал, что для определения эксплуатационных свойств расплава недостаточно знать содержание в нем K, Al, Zr, Hf. В процессе эксплуатации установки расплав KCl–AlCl₃–ZrCl₄–HfCl₄ изучен комплексом независимых методов: рентгеновская дифрактометрия, восстановительное плавление в присутствии углерода, определение остаточного содержания циркония после отгонки летучих компонентов потоком инертного газа. В замороженных плавах методом рентгеновской дифрактометрии определено содержание фаз ZrCl₄, K₂ZrCl₆ и AlCl₃ на фоне матричной фазы KAlCl₄. Установлено, что фаза KCl не образуется. Изучено содержание ZrCl₄, AlCl₃ и K₂ZrCl₆ в расплаве на разных участках технологической схемы установки. Установлено, что в расплаве узла приготовления разделяемой смеси тетрахлоридов циркония и гафния, ректификационной колонны и испарителя присутствует ZrCl₄ и AlCl₃ или K₂ZrCl₆, в зависимости от избытка или недостатка AlCl₃ по отношению к KCl. В расплаве после десорбционной колонны ZrCl₄ и AlCl₃ отсутствуют, в ряде случаев обнаружен K₂ZrCl₆, причем его содержание коррелирует с содержанием Zr, определенного методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. В замороженных плавах установлено содержание рентгеноаморфной компоненты, которая содержит до 1.5 мас. % алюминия и до 3.5 мас. % циркония. Методом восстановительного плавления в присутствии углерода в замороженных плавах установлено содержание кислорода до 1.8 мас. %, который входит в состав рентгенноаморфной компоненты, предположительно состоящей из AlOCl и ZrOCl². Исследовано остаточное содержание циркония в пробах расплава после отгонки летучих компонентов потоком аргона при температуре 550°С при различном содержании AlCl₃. По результатам исследований разработана методика определения соотношения AlCl₃/KCl, основанная на различии в физико-химических свойствах компонентов расплава. Показано, что мольное соотношение Al/K, рассчитанное по массовым долям Al и K в расплаве, выше мольного соотношения AlCl₃/KCl, полученного по разработанной методике. На основе полученных результатов организована корректировка состава расплава при эксплуатации установки разделения хлоридов циркония и гафния в АО ЧМЗ.
- Ключевые слова
- тетрахлорид циркония хлорид алюминия хлоралюминат калия гексахлорцирконат калия рентгеновская дифрактометрия
- Дата публикации
- 17.09.2025
- Год выхода
- 2025
- Всего подписок
- 0
- Всего просмотров
- 11
Библиография
- 1. Coleman С. The metallurgy of zirconium. International Atomic Energy Agency. 2022. 1. P. 466.
- 2. Skaggs R., Rogers D., Hunter D. Review of Anhydrous Zirconium-Hafnium Separation Techniques. Information circular. United States Department of the Interior, Bureau of Mines. 1984.
- 3. Besson P., Guerin J., Brun P., Bakes M. Process for the separation of zirconium and hafnium tetrachlorides from mixtures thereof. US Pat. 4021531. 1977.
- 4. Ивановский Л.Е., Хохлов В.А., Казанцев Г.Ф. Физическая химия и электрохимия хлоралюминатных расплавов. М.: Наука. 1993.
- 5. Delpech S. Molten salts for nuclear applications. Molten Salts Chemistry. From Lab to Applications / Ed.F. Lantelme, H. Groult. /Amsterdam. Boston. Heidelberg et al.: Elsevier. 2013. 24. P. 497–520.
- 6. Салюлев А.Б., Закирьянова И.Д., Вовкотруб Э.Г. Исследование продуктов взаимодействия ZrCl4 и HfCl4 с хлоридами щелочных металлов и с пентахлоридом фосфора методом спектроскопии КР // Расплавы. 2012. № 5. С. 53–61.
- 7. Салюлев А.Б., Хохлов В.А., Москаленко Н.И. Электропроводность расплавленных смесей KAlCl4–ZrCl4 в широком интервале температур // Расплавы. 2018. № 5. С. 1–8.
- 8. Морозов И.С. Применение хлора в металлургии редких и цветных металлов. М.: Наука. 1966.
- 9. Flengas S, Dutrizak J., A new process for the separation of hafnium from zirconium // Metal. Trans. 8B. 1977. P. 377–385.
- 10. Нехамкин Л.Г. Металлургия циркония и гафния. М.: Металлургия. 1979.
- 11. Панфилов А.В., Коробков А.В., Бузмаков В.В., Терешин В.В. Изучение процесса десорбции тетрахлорида циркония из расплава KCl–AlCl3 // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Материаловедение и новые материалы. 2022. 4. № 115. С. 58–65.
- 12. Ivshina A.A., Abramov A.V., Chukin A.V., Polovov I.B., Danilov D.A., Denisova O.V. and Karpov V.V. // AIP Conference Proceedings. 2022. https://doi.org/10.1063/5.0088853
- 13. Karpov V.V., Polovov I.B., Kudryashova D.V., Lisienko D.G., Volkovich V.A., Chukin A.V. and Rebrin O.I. Indirect methods of determination of K: Al mole ratio in molten chloroaluminates // The Electrochemical Society. 2014. 64. № 4. P. 461–472.
- 14. Kartashova E.S., Danilov D.A., Polovov I.B. // AIP Conf. Proc. 2022. 2466. № 1. Р. 050016.https://doi.org/10.1063/5.0088865.
- 15. Дулепов Ю.Н., Звонков И.Н., Скиба К.В., Чинейкин С.В., Шипулин С.А., Крицкий А.А., Панфилов А.В., Каримов И.А., Коробков А.В. Способ повышения эффективности ректификационного разделения тетрахлоридов циркония и гафния. Патент РФ. 2745521. 2020.
