Regla um sirkon og hafníum aðskilnað tækni

Sirkon og hafníum eru notuð í mismunandi þáttum kjarnorkuiðnaðarins vegna verulegs munar á nifteindagleypni þversniðssvæðum. Almennt, í sirkon-hafníum málmblöndur sem notaðar eru í kjarnakljúfum, eru þessir tveir "skaðlegir þættir" hvor fyrir annan. Til að viðhalda kjarnaeiginleikum sirkon og hafníum málmblöndur eru settar fram ákveðnar kröfur um innihald sirkon og hafníum málmblöndur, það er að innihald hafníums í sirkon skal ekki vera hærra en 100 ppm og innihald sirkon í hafníum skal ekki vera hærra en 2%. Í náttúrunni eru sirkon og hafníum alltaf framleitt saman og ekkert sirkon eða hafníum er til eitt og sér. Þess vegna hefur aðskilnaður sirkon og hafníums orðið lykillinn að undirbúningi sirkoníums og hafníums í kjarnorku. Í iðnaði hafa margir sérfræðingar og fræðimenn í röð lagt til mismunandi aðferðir til að aðskilja sirkon og hafníum, sem gróflega má skipta í eftirfarandi tvo flokka: gjóskuaðskilnað og blautaðskilnað.

1. Pyro aðskilnaðaraðferð sirkon og hafníums
Pyro aðskilnaður sirkon og hafníums hefur einnig verið mikilvægt rannsóknarefni vísindamanna í ýmsum löndum. Samkvæmt tölfræði eru allt að 16 tegundir af pyro aðskilnaði sirkon og hafníums, þar á meðal eru þær sem eru mest dæmigerðar eiming og sértæk minnkun.

Eimingaraðferð
Eimingaraðferðin byggir á því að sum efnasambönd af sirkon og hafníum, svo sem klóríð og flókin klóríð sem myndast af klóríðum af sirkon og hafníum og fosfóroxýklóríði, hafa mismunandi suðumark og aðskilnaður þeirra tveggja er náð með eimingu. Eimingaraðferð má skipta í tvo flokka: háþrýstihlutunaraðferð og bráðnu salteimingaraðferð. Sem stendur hefur aðeins bráðnu salteimingaraðferð verið beitt með góðum árangri í iðnaðarframleiðslu og mest notaða bráðna salteimingarkerfið er KCl-AlCl3 og NaCl-KCl. Þessi aðferð notar mismun á gufuþrýstingi sirkon- og hafníumtetraklóríða í leysiefnum eins og (bráðnu salt KAlK4) til að aðskilja þau í eimingarturni.

Sértæk minnkun aðferð
Þessi aðferð byggist á því að við ákveðnar aðstæður eru sirkon tetrahalíð valin niður í þríhalíð eða í óhófi við díhalíð með sirkoni einu sér, en hafníum tetrahalíð minnka ekki eða sjaldan, og þar með víkkar gufuþrýstingsmunurinn milli sirkon og hafníum halíð, og þá aðskilja sirkon og hafníum frá hvort öðru með eimingu. Ferlið skiptist aðallega í þrjú stig. Í fyrsta stigi, ZrCl4 gangast undir afoxunarviðbrögð við 390-405 gráðu við venjulegan þrýsting; á öðru stigi kemur óhlutfallsviðbrögð fram við 420-450 gráðu . Ofangreind tvö stig eru aðallega til að hreinsa sirkon. Þriðja stigið er til að hreinsa hafníum. Eftir hreinsun eykst hafníuminnihald í hráefninu úr 50% í 70%.

Aðskilnaður sirkoníums og hafníums í brunamálmvinnslu notar beint sirkontetraklóríð og hafníum sem hráefni, sem hægt er að tengja beint við málmskerðingarferlið, útrýma flóknu ferlinu við hlé á virkni gjósku og vatnsaðferðar og einfalda ferliflæðið. Hins vegar þarf að framkvæma þessa aðferð við hærra hitastig (350-500 gráður ), sem gerir miklar kröfur til búnaðarefna, og ferlið hefur þá ókosti að erfitt er að hreinsa óhreinindi algjörlega og mikla fjárfestingu og er aðeins hentugur fyrir stór álver.

2. Blautaðskilnaðarferli sirkon og hafníums
Vegna svipaðrar ytri rafeindalagsbyggingar og samdráttar lantaníðs eru sirkon og hafníum mjög lík í efnafræðilegum eiginleikum. Þeir hafa sterka fléttuhæfni með súrefni, þannig að þeir eru mjög auðvelt að vatnsrofsa og fjölliða í vatnslausn til að mynda mismunandi gerðir af fléttum, sem einnig eykur erfiðleika við aðskilnað zirconium og hafnium. Hins vegar er líka smá munur á sirkon og hafníum í mismunandi miðlum. Byggt á þessum smámuni hafa innlendir og erlendir vísindamenn í röð lagt til röð blauta aðskilnaðaraðferða fyrir sirkon og hafníum. Samkvæmt flokkun þess má aðallega skipta því í eftirfarandi flokka: leysiútdrátt, aðsogsaðskilnað, himnuaðskilnað, örleysisútdrátt, tveggja fasa útdrátt, brotakristöllun og útfellingu, þar á meðal leysiútdráttaraðskilnaður er algengastur og rannsakaður aðferð.

Leysiútdráttur, einnig þekktur sem vökva-vökvaútdráttur, er aðferð til að aðskilja og hreinsa uppleyst efni með því að nota mismunandi dreifingu uppleystra efna í tveimur óblandanlegum eða að hluta blandanlegum lausnarfasa. Það hefur kosti stórs framleiðslumagns, einfalds búnaðar, auðveldrar sjálfvirkni, öruggrar og hraðvirkrar notkunar og litlum tilkostnaði og er mikið notaður við aðskilnað efna. Leysiútdráttaraðferð Frá því Fisher notaði MIBK fyrst til að aðskilja sirkon og hafníum í þíósýanatlausn árið 1947, hefur aðskilnaðaraðferð við leysiútdrátt tekið langtímaframfarir og þróun og mismunandi útdráttarkerfi og útdráttarefni hafa verið þróuð í röð. Sem stendur hafa nokkrir tiltölulega þroskaðir sirkoníum og hafníum aðskilnaðaraðferðir fyrir leysiefni verið þróaðar í röð: MIBK-HSCN kerfi, endurbætt TBP kerfi og TOA/N235-H2SO4 kerfi.

MIBK-HSCN kerfi
MIBK-HSCN aðferðin notar muninn á fléttumyndunargetu Zr4+ og Hf4+ með SCN- jónum til að draga helst út hafníum og sirkon er eftir í vatnsfasanum, og nær þannig aðskilnaði sirkon og hafnium. Síðan á áttunda áratugnum hefur MIBK aðferðin verið mest notaða sirkon og hafníum aðskilnað framleiðsluferli í heiminum og næstum 1/3 af kjarnorku gæða sirkon og hafníum í heiminum eru framleidd með þessari aðferð. Hins vegar hefur MIBK aðferðin nokkra ókosti: (1) MIBK hefur mikla leysni í vatni (1,7%), sem leiðir til mikils taps á leysiefnum; (2) Niðurbrot ammóníumþíósýanats í iðnaðarafrennsli framleiðir brennisteinsvetni, merkaptan og sýaníðjónir, sem eru skaðleg umhverfinu; (3) MIBK hefur ákveðna lykt, sem gerir starfsumhverfið lélegt.

TBP kerfi
TBP aðferðin var upphaflega fundin upp af Frakkanum JV Kerrigan. Eftir margra ára stöðugar rannsóknir og umbætur innlendra og erlendra fræðimanna hafa ferlibreytur og aðstæður þess breyst mikið miðað við áður. Sem stendur er TBP-HNO3-HCl blandað sýrukerfið aðallega notað í iðnaði. Þetta kerfi notar beint sirkon tetraklóríð sem hráefni og bætir við saltpéturssýru til að undirbúa beint saltpéturssýru-saltsýru útdráttarlausn af sirkon (hafníum). Eftir endurbæturnar hefur aðskilnaðarstuðull sirkoníums til hafníums verið bætt verulega, allt að 30 ~ 40, og hægt er að fá sirkontvíoxíð og hafníumdíoxíð á sama tíma eftir eina útdrátt. Hins vegar, vegna mikils sýrustigs TBP kerfisins, tærir það búnaðinn alvarlega og er auðvelt að fleyta meðan á útdrætti stendur, sem hefur bein áhrif á eðlilega notkun útdráttaraðgerðarinnar.

TOA/N235-H2SO4
TOA aðferðin er annað sirkon og hafníum aðskilnaðarferli eftir MIBK aðferðina og TBP aðferðina. Þessi aðferð notar brennisteinssýru sem miðil, dregur helst út sirkon og aðskilnaðarstuðull sirkon og hafníums er 8 ~ 10. TOA aðferðin hefur kosti lítillar mengunar, einbeitts geislavirkra efna, auðveldrar meðhöndlunar og lágs fjárfestingarkostnaðar, en útdráttargeta sirkon og hafníums er lítil og aðskilnaðarstuðullinn er ekki hár. Í ljósi takmarkana TOA hafa vísindamenn framkvæmt röð rannsókna og endurbóta á þessari aðferð.

Þrátt fyrir að ofangreindar aðferðir geti náð kröfum um sirkon og hafníum aðskilnað, hafa þeir nokkra ókosti, svo sem mikla vatnsleysni MIBK, lágt suðumark, mikið tap leysiefna, alvarleg umhverfismengun osfrv .; TBP ferli hefur alvarlega tæringu á búnaði og er auðvelt að fleyta osfrv .; TOA aðferð og N235 aðferð hafa litla útdráttargetu og lágan aðskilnaðarstuðul, sem takmarkar iðnaðarnotkun þeirra. Að bæta hefðbundna ferla og þróa nýja sirkon og hafníum aðskilnaðarferli með háum aðskilnaðarstuðlum eru helstu rannsóknarmarkmið og þróunarleiðbeiningar núverandi aðskilnaðaraðferða fyrir leysiútdrátt.