Prinċipju tat-Teknoloġija tas-Separazzjoni taż-Żirkonju u l-Ħafnju
Iż-żirkonju u l-afnju jintużaw f'aspetti differenti ta 'l-industrija nukleari minħabba d-differenzi sinifikanti tagħhom fiż-żoni ta' sezzjoni trasversali ta 'assorbiment tan-newtroni. Ġeneralment, fil-ligi taż-żirkonju-afnju użati f'reatturi atomiċi, it-tnejn huma "komponenti ta 'ħsara" lil xulxin. Sabiex jinżammu l-proprjetajiet nukleari ta 'ligi taż-żirkonju u tal-ħafnju, ċerti rekwiżiti huma mressqa għall-kontenut ta' ligi taż-żirkonju u tal-ħafnju, jiġifieri, il-kontenut tal-ħafnju fiż-żirkonju m'għandux ikun ogħla minn 100 ppm, u l-kontenut taż-żirkonju f' afnju m'għandux ikun ogħla minn 2%. Fin-natura, iż-żirkonju u l-afnju huma dejjem prodotti flimkien, u m'hemm l-ebda żirkonju jew ħafnju eżistenti waħedhom. Għalhekk, is-separazzjoni taż-żirkonju u l-ħafnju saret iċ-ċavetta għall-preparazzjoni ta 'żirkonju u ħafnju ta' grad nukleari. Fl-industrija, ħafna esperti u studjużi suċċessivament ipproponew metodi differenti għas-separazzjoni taż-żirkonju u l-ħafnju, li jistgħu jinqasmu bejn wieħed u ieħor fiż-żewġ kategoriji li ġejjin: separazzjoni piro u separazzjoni mxarrba.
1. Metodu ta 'separazzjoni piro ta' żirkonju u ħafnju
Is-separazzjoni tal-piro taż-żirkonju u tal-ħafnju kienet ukoll suġġett importanti ta 'riċerka minn riċerkaturi xjentifiċi f'diversi pajjiżi. Skont l-istatistika, hemm daqs 16-il tip ta 'separazzjoni piro ta' żirkonju u ħafnju, fosthom l-aktar rappreżentattivi huma d-distillazzjoni u t-tnaqqis selettiv.
Metodu ta' distillazzjoni
Il-metodu tad-distillazzjoni huwa bbażat fuq il-fatt li xi komposti ta 'żirkonju u hafnju, bħal kloruri u kloruri kumplessi ġġenerati minn kloruri ta' żirkonju u hafnju u fosfru ossiklorur, għandhom punti ta 'togħlija differenti, u s-separazzjoni tat-tnejn tinkiseb permezz tad-distillazzjoni. Il-metodu ta 'distillazzjoni jista' jinqasam f'żewġ kategoriji: metodu ta 'frazzjonament bi pressjoni għolja u metodu ta' distillazzjoni tal-melħ imdewweb. Fil-preżent, il-metodu ta 'distillazzjoni tal-melħ imdewweb biss ġie applikat b'suċċess fil-produzzjoni industrijali, u s-sistema ta' distillazzjoni tal-melħ imdewweb l-aktar użata hija KCl-AlCl3 u NaCl-KCl. Dan il-metodu juża d-differenza fil-pressjoni tal-fwar taż-żirkonju u t-tetrakloruri tal-ħafnju f'solventi bħal (melħ imdewweb KAlK4) biex jisseparahom f'torri tad-distillazzjoni.
Metodu ta' tnaqqis selettiv
Dan il-metodu huwa bbażat fuq il-fatt li taħt ċerti kundizzjonijiet, it-tetraalidi taż-żirkonju jitnaqqsu b'mod selettiv għal trialidi jew sproporzjonati għal dialidi biż-żirkonju biss, filwaqt li t-tetraalidi tal-ħafnju mhumiex jew rarament jitnaqqsu, u b'hekk iwessgħu d-differenza tal-pressjoni tal-fwar bejn iż-żirkonju u l-alidi tal-ħafnju, u mbagħad is-separazzjoni taż-żirkonju u l-ħafnju minn xulxin permezz tad-distillazzjoni. Il-proċess huwa prinċipalment maqsum fi tliet stadji. Fl-ewwel stadju, ZrCl4 jgħaddi minn reazzjoni ta' tnaqqis fi 390-405 grad taħt pressjoni normali; fit-tieni stadju, sseħħ reazzjoni ta' sproporzjonazzjoni fi 420-450 grad . Iż-żewġ stadji ta 'hawn fuq huma prinċipalment għall-purifikazzjoni taż-żirkonju. It-tielet stadju huwa għall-purifikazzjoni tal-ħafnju. Wara l-purifikazzjoni, il-kontenut tal-afnju fil-materja prima jiżdied minn 50% għal 70%.
Is-separazzjoni pirometallurġika tal-proċess taż-żirkonju u l-ħafnju juża direttament it-tetraklorur taż-żirkonju u l-ħafnju bħala materja prima, li tista 'tkun konnessa direttament mal-proċess ta' tnaqqis tal-metall, telimina l-proċess kumpless ta 'tħaddim intermittenti tal-pirometallurġija u l-metodu tal-ilma, u tissimplifika l-fluss tal-proċess. Madankollu, dan il-metodu jeħtieġ li jitwettaq f'temperatura ogħla (350-500 grad ), li għandu rekwiżiti għoljin għall-materjali tat-tagħmir, u l-proċess għandu l-iżvantaġġi li huwa diffiċli biex jippurifika kompletament l-impuritajiet u l-investiment kbir, u huwa biss addattat għal funderiji kbar.
2. Proċess ta 'separazzjoni mxarrba ta' żirkonju u ħafnju
Minħabba l-istruttura tas-saff tal-elettroni ta 'barra simili u l-kontrazzjoni tal-lantanidi, iż-żirkonju u l-ħafnju huma simili ħafna fil-proprjetajiet kimiċi. Għandhom kapaċità ta 'kumplessità qawwija bl-ossiġnu, għalhekk huma faċli ħafna biex jiġu idrolizzati u polimerizzati f'soluzzjoni milwiema biex jiffurmaw tipi differenti ta' kumplessi, li żżid ukoll id-diffikultà tas-separazzjoni taż-żirkonju u l-ħafnju. Madankollu, hemm ukoll xi differenzi żgħar fiż-żirkonju u l-ħafnju f'midja differenti. Ibbażat fuq dawn id-differenzi żgħar, riċerkaturi domestiċi u barranin ipproponew suċċessivament serje ta 'metodi ta' separazzjoni mxarrba għal żirkonju u ħafnju. Skond il-klassifikazzjoni tiegħu, jista 'jinqasam prinċipalment fil-kategoriji li ġejjin: estrazzjoni tas-solvent, separazzjoni ta' adsorbiment, separazzjoni tal-membrana, estrazzjoni ta 'mikro-solvent, estrazzjoni f'żewġ fażijiet, kristallizzazzjoni frazzjonali u preċipitazzjoni, fosthom is-separazzjoni ta' estrazzjoni tas-solvent hija l-aktar komuni u studjata metodu.
L-estrazzjoni tas-solvent, magħrufa wkoll bħala estrazzjoni likwidu-likwidu, hija metodu ta 'separazzjoni u purifikazzjoni ta' soluti billi tuża d-distribuzzjoni differenti ta 'soluti f'żewġ fażijiet ta' soluzzjoni li ma titħallatx jew parzjalment imħallta. Għandu l-vantaġġi ta 'volum ta' produzzjoni kbir, tagħmir sempliċi, awtomazzjoni faċli, tħaddim sikur u veloċi, u spiża baxxa, u tintuża ħafna fis-separazzjoni tas-sustanzi. Metodu ta 'estrazzjoni tas-solvent Peress li Fisher uża l-ewwel MIBK biex jissepara żirkonju u ħafnju f'soluzzjoni ta' thiocyanate fl-1947, il-metodu ta 'separazzjoni ta' estrazzjoni tas-solvent għamel progress u żvilupp fit-tul, u sistemi ta 'estrazzjoni u estratti differenti ġew żviluppati suċċessivament. Fil-preżent, ġew żviluppati suċċessivament diversi proċessi ta 'separazzjoni ta' estrazzjoni tas-solvent ta 'żirkonju u hafnju ta' grad nukleari relattivament maturi: sistema MIBK-HSCN, sistema TBP mtejba u sistema TOA/N235-H2SO4.
Sistema MIBK-HSCN
Il-metodu MIBK-HSCN juża d-differenza fil-kapaċità ta’ kumplessazzjoni ta’ Zr4+ u Hf{4+ ma’ jonji SCN- biex estratt preferenzjali tal-afnju, u ż-żirkonju jibqa’ fil-fażi milwiema, u b’hekk jikseb is-separazzjoni taż-żirkonju u afnju. Sa mis-snin sebgħin, il-metodu MIBK kien l-aktar proċess ta 'produzzjoni ta' separazzjoni taż-żirkonju u l-ħafnju użat fid-dinja, u kważi 1/3 taż-żirkonju u l-afnju ta 'grad nukleari tad-dinja huma prodotti b'dan il-metodu. Madankollu, il-metodu MIBK għandu xi żvantaġġi: (1) MIBK għandu solubilità għolja fl-ilma (1.7%), li jirriżulta f'telf kbir ta 'solvent; (2) Id-dekompożizzjoni tat-tijoċjanat tal-ammonju fl-ilma tad-dranaġġ industrijali tipproduċi sulfide tal-idroġenu, mercaptans u joni taċ-ċjanur, li huma ta 'ħsara għall-ambjent; (3) MIBK għandu ċerta riħa, li tagħmel l-ambjent tal-workshop operattiv fqir.
Sistema TBP
Il-metodu TBP kien oriġinarjament ivvintat mill-Franċiż JV Kerrigan. Wara snin ta 'riċerka u titjib kontinwu minn studjużi domestiċi u barranin, il-parametri u l-kundizzjonijiet tal-proċess tiegħu nbidlu ħafna meta mqabbla ma' qabel. Fil-preżent, is-sistema ta 'aċidu mħallat TBP-HNO3-HCl tintuża prinċipalment fl-industrija. Din is-sistema tuża direttament it-tetraklorur taż-żirkonju bħala l-materja prima u żżid l-aċidu nitriku biex tħejji direttament soluzzjoni ta 'estrazzjoni ta' aċidu nitriku-aċidu idrokloriku taż-żirkonju (ħafnju). Wara t-titjib, il-koeffiċjent ta 'separazzjoni taż-żirkonju għal ħafnju tjieb ħafna, sa 30 ~ 40, u dijossidu taż-żirkonju u dijossidu tal-ħafnju fil-livell atomiku jistgħu jinkisbu fl-istess ħin wara estrazzjoni waħda. Madankollu, minħabba l-aċidità għolja tas-sistema TBP, jissaddad it-tagħmir b'mod sever u huwa faċli biex jiġi emulsifikat waqt l-estrazzjoni, li taffettwa direttament l-operat normali tal-operazzjoni ta 'estrazzjoni.
TOA/N235-H2SO4
Il-metodu TOA huwa proċess ieħor ta 'separazzjoni taż-żirkonju u l-ħafnju wara l-metodu MIBK u l-metodu TBP. Dan il-metodu juża l-aċidu sulfuriku bħala l-mezz, estratti preferenzjali taż-żirkonju, u l-koeffiċjent ta 'separazzjoni taż-żirkonju u l-ħafnju huwa 8 ~ 10. Il-metodu TOA għandu l-vantaġġi ta 'tniġġis baxx, materjali radjuattivi kkonċentrati, immaniġġjar faċli, u spejjeż ta' investiment baxxi, iżda l-kapaċità ta 'estrazzjoni taż-żirkonju u tal-ħafnju hija żgħira u l-koeffiċjent ta' separazzjoni mhuwiex għoli. Fid-dawl tal-limitazzjonijiet tat-TOA, riċerkaturi xjentifiċi wettqu serje ta 'studji u titjib fuq dan il-metodu.
Għalkemm il-proċessi ta 'hawn fuq jistgħu jiksbu r-rekwiżiti tas-separazzjoni taż-żirkonju u l-ħafnju, għandhom xi żvantaġġi, bħal solubilità għolja fl-ilma ta' MIBK, punt ta 'togħlija baxx, telf kbir ta' solvent, tniġġis ambjentali serju, eċċ.; Il-proċess TBP għandu korrużjoni serja għat-tagħmir u huwa faċli biex emulsifika, eċċ.; Il-metodu TOA u l-metodu N235 għandhom kapaċità ta 'estrazzjoni żgħira u koeffiċjent ta' separazzjoni baxx, li jillimita l-applikazzjoni industrijali tagħhom. It-titjib tal-proċessi tradizzjonali u l-iżvilupp ta 'proċessi ġodda ta' separazzjoni taż-żirkonju u tal-ħafnju b'koeffiċjenti ta 'separazzjoni għolja huma l-għanijiet ewlenin tar-riċerka u d-direzzjonijiet ta' żvilupp tal-metodi attwali ta 'separazzjoni ta' estrazzjoni tas-solvent.
