Study of the composition of the KCl – AlCl3 – ZrCl4 – HfCl4 melt in relation to extractive rectification of zirconium and hafnium chlorides

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

In 2021, Chepetsk Mechanical Plant SC put into operation the production of a zirconium sponge of nuclear purity for the production of nuclear fuel components. The purification of zirconium from hafnium is carried out by extractive rectification in a KCl–AlCl3 melt. The experience of the plant operation has shown that the elemental analysis of the melt for the content of K, Al, Zr, Hf is not enough to determine its operational properties.

During the operation of the plant at various points of the technological scheme, the composition of the melt KCl–AlCl3–ZrCl4–HfCl4 was studied by a complex of independent methods using specially developed methods.

The content of the phases ZrCl4, K2ZrCl6 and AlCl3 against the background of the matrix phase KAlCl4 was studied in frozen melts by X-ray diffractometry. The regularities of changes in the content of ZrCl4, AlCl3 and K2ZrCl6 according to the technological scheme of the installation are established.

The content of the X-ray amorphous component, which contains up to 1.5 wt% aluminum and up to 3.5 wt% zirconium, has been established in frozen melts. By the method of reducing melting in the presence of carbon in frozen melts, the oxygen content of up to 1.8 wt% was determined, which is part of the X-ray amorphous component, presumably consisting of AlOCl and ZrOCl2.

A method for determining the AlCl3/KCl ratio based on the difference in the physicochemical properties of the melt components has been developed. Based on the results obtained, the melt composition was adjusted during the operation of the zirconium and hafnium chloride separation unit at ChMP JSC.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

A. Panfilov

SC «TVEL»

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: AVPanfilov@tvel.ru
Ресей, Moscow

A. Korobkov

SC “Chepetsky Mechanical Plant”

Email: AVPanfilov@tvel.ru
Ресей, Glazov

V. Buzmakov

SC “Chepetsky Mechanical Plant”

Email: AVPanfilov@tvel.ru
Ресей, Glazov

V. Tereshinb

SC “Chepetsky Mechanical Plant”

Email: AVPanfilov@tvel.ru
Ресей, Glazov

A. Ivshina

Ural Federal University named after the First President of Russia B.N. Yeltsin

Email: AVPanfilov@tvel.ru
Ресей, Yekaterinburg

A. Abramov

Ural Federal University named after the First President of Russia B.N. Yeltsin

Email: AVPanfilov@tvel.ru
Ресей, Yekaterinburg

D. Danilov

Ural Federal University named after the First President of Russia B.N. Yeltsin

Email: AVPanfilov@tvel.ru
Ресей, Yekaterinburg

A. Chukin

Ural Federal University named after the First President of Russia B.N. Yeltsin

Email: AVPanfilov@tvel.ru
Ресей, Yekaterinburg

I. Polovov

Ural Federal University named after the First President of Russia B.N. Yeltsin

Email: AVPanfilov@tvel.ru
Ресей, Yekaterinburg

Әдебиет тізімі

  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. P. 25.
  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. Ivanovskij L.E., Khokhlov V.A., Kazancev G.F. Fizicheskaya himiya i elektrohimiya hloralyuminatnyh rasplavov [Physical chemistry and electrochemistry of chloraluminate melts]. M.: Nauka. 1993. 251 p. [In Russian].
  5. Delpech S. Molten salts for nuclear applications. – In: Molten Salts Chemistry. From Lab to Applications / Ed.F. Lantelme, H. Groult. / Amsterdam. Boston. Heidelberg et al.: Elsevier. 2013. 24. P. 497–520.
  6. Salyulev A.B., Zakir’yanova I.D., Vovkotrub E.G. Issledovanie produktov vzaimodejstviya ZrCl4 i HfCl4 s hloridami shchelochnyh metallov i s pentahloridom fosfora metodom spektroskopii KR [Investigation of the products of the interaction of ZrCl4 and HfCl4 with alkali metal chlorides and phosphorus pentachloride by Raman spectroscopy] // Rasplavy. 2012. № 5. P. 53–61. [In Russian].
  7. Salyulev A.B., Khokhlov V.A., Moskalenko N.I. Elektroprovodnost’ rasplavlennyh smesej KAlCl4–ZrCl4 v shirokom intervale temperatur [Electrical conductivity of molten KAlCl4–ZrCl4 mixtures in a wide temperature range] // Rasplavy. 2018. № 5. P. 1–8. [In Russian].
  8. Morozov I.S. Primenenie hlora v metallurgii redkih i cvetnyh metallov [Application of chlorine in metallurgy of rare and non-ferrous metals]. M.: Nauka. 1966. 253 p. [In Russian].
  9. Flengas S, Dutrizak J., A new process for the separation of hafnium from zirconium // Metal. Trans. 8B. 1977. P. 377–385.
  10. Nekhamkin L.G. Metallurgiya cirkoniya i gafniya [Metallurgy of zirconium and hafnium]. M.: Metallurgiya. 1979. 208 p. [In Russian].
  11. Panfilov A.V., Korobkov A.V., Buzmakov V.V., Tereshin V.V. Izuchenie processa desorbcii tetrahlorida cirkoniya iz rasplava KCl–AlCl3 [Study of the desorption of zirconium tetrachloride from the KCl – AlCl3 melt] // Voprosy atomnoj nauki i tekhniki. Seriya: Materialovedenie i novye materialy. 2022. 115. № 4. P. 58–65. [In Russian].
  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. Dulepov Yu.N., Zvonkov I.N., Skiba K.V., Chinejkin S.V., Shipulin S.A., Krickij A.A., Panfilov A.V., Karimov I.A., Korobkov A.V. Sposob povysheniya effektivnosti rektifikacionnogo razdeleniya tetrahloridov cirkoniya i gafniya [A method for increasing the efficiency of rectification separation of zirconium and hafnium tetrachlorides]. Pat. RU2745521. 2020. [In Russian].

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Dynamics of changes in the molar ratio of Al/K in the KCl–AlCl3–ZrCl4–HfCl4 melt of the zirconium and hafnium chloride separation plant of CHMP JSC during operation.

Жүктеу (46KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Schematic diagram of the installation for determining the residual zirconium content in the melt

Жүктеу (59KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. Schematic diagram of the installation: 1 – unit for preparing a separable mixture of zirconium and hafnium chlorides; 2 – distillation column; 3 – evaporator; 4 – desorption column; sampling points: UP-1 – after dissolving the separable mixture of ZrCl4 and HfCl4 in the KCl – AlCl3 melt; UP -2 – after the distillation column; UP-3 – after the boiler of the distillation column; UP-4 – after desorption of ZrCl4 by an inert gas stream.

Жүктеу (22KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. Typical diffractograms of frozen melts: a – the presence of phases KAlCl4 and ZrCl4; b – the presence of phases KAlCl4, ZrCl4 and AlCl3; c – the presence of phases KAlCl4 and K2ZrCl6.

Жүктеу (43KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. Correlation between the Zr content in the crystalline phases of ZrCl4 and K2ZrCl6 and the Zr content determined by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry.

Жүктеу (23KB)
Метадеректер
7. Fig. 6. Correlation between the Zr determined by the spectrometric method in UP-4 and the Zr content in the K2ZrCl6 phase.

Жүктеу (23KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».