熔盐萃取法分离锆铪的研究
锆和铪因其优异的核性能,引起了科学界的广泛研究兴趣.锆和铪的核性能差别很大:金属锆的热中子俘获截面很小(仅有0.18b),是核反应堆包壳材料的首选材料;而金属铪的热中子俘获截面较大(105b),能有效地控制核反应速度,是核反应堆控制棒的良好材料.核反应堆建设所需的原子级锆中铪含量应不大于0.01%,原子级铪中锆含量应不大于2%.但自然界中,锆铪总是共生,没有不含铪的锆矿,并且由于镧系收缩效应,锆和铪的性质非常相似,导致锆铪分离是世界难题.目前工业上分离锆铪的方法主要是湿法分离法,但其具有流程长、物料消耗多、环境污染严重等缺点.本文研究的熔盐萃取法是一种更环保、更高效的火法分离技术.该法是以Cu-Sn-Zr三元合金做母合金相(锆为工业级锆,里面含有少量的铪),以CuCl2-NaCl-CaCl2混合氯盐做母熔盐相,再将母合金与母熔盐混合于氧化镁坩埚中,在高纯Ar气氛下进行平衡反应实验.合金中的Hf会优先被氯盐中的Cu2+选择性地氧化,并以离子的形式进入熔盐相,最终得到不含Hf的Zr-Cu-Sn合金相,从而达到了锆铪分离的效果.本论文考察了平衡反应温度、反应时间、母熔盐中CuCl2与母合金中Hf的摩尔比、母熔盐中CuCl2的含量对锆铪分离率的影响.实验结果表明:母熔盐中CuCl2的含量较高时,热力学因素是影响锆铪分离的主要因素,即平衡反应温度较低,实验效果较好.母熔盐中CuCl2的含量较低时,动力学因素是影响锆铪分离的主要因素,即平衡反应时间较长、反应温度越大,越有利于锆铪分离.当母熔盐中CuCl2的含量较低,其值为2.105%,平衡反应温度为1000℃,反应时间为4h,母熔盐中CuCl2与母合金中Hf的摩尔比为4时,实验效果最好:锆的损失率为44.293%,铪的去除率为99.516%,锆铪分离率为115.128,锆中铪含量为0.0668%.
- 作者：
- 柴延全
- 学位授予单位：
- 安徽工业大学
- 专业名称：
- 冶金工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2017年
- 导师姓名：
- 赵卓
- 中图分类号：
- TF841.4；O658.2
- 关键词：
- 锆；铪；锆铪分离；熔盐萃取
- zirconium； hafnim； the separation of Zr-Hf； molten salt extraction