ВЛИЯНИЕ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО ПОТЕНЦИАЛА СРЕДЫ НА КОРРОЗИЮ СТАЛИ 12Х18Н10Т В РАСПЛАВЕ (LICL-KCL)ЭВТ.–UCL4/UCL3

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В настоящий момент активно разрабатывается высокотемпературная технология переработки отработавшего ядерного топлива с применением расплавленных солей. Одной из ключевых стадий данной технологии является электрорафинирование с использованием в качестве электролита солевой композиции на основеLiCl-KCl. Высокие рабочие температуры и изменение состава солевых электролитов в результате протекающих технологических процессов обуславливают повышенную агрессивность расплава по отношению к конструкционным материалам. В работе исследовалось влияние изменения окислительно-восстановительного потенциала среды, задаваемого посредством введения в состав солевого электролита хлоридов урана (доля трехвалентного хлоридов урана в добавке 2 мас. %UCl4/UCl3от 5 до 95%) на коррозионные характеристики нержавеющей стали 12Х18Н10Т в расплаве хлоридов лития и калия. Коррозионные испытания длительностью 100 часов были выполнены при температуре 550оС в условиях инертной газовой среды аргона с содержанием воды менее 0.1ppmи кислорода менее 10ppm. Окислительно-восстановительный потенциал среды определялся как относительно хлорного, так и относительно литиевого динамического электрода сравнения (Li+/Li). При преимущественном введении в расплавUCl3наблюдается снижение скорости коррозии (до 0.005 г/(м2·ч)), при введении четырехвалентной формы хлорида урана – значительное повышение скорости коррозии стали 12Х18Н10Т (до 0.703 г/(м2·ч)) относительно скоростей коррозии, полученных в результате коррозионных испытаний в эвтектическом расплавеLiCl-KClбез добавок (0.062 г/(м2·ч). При экспериментально измеренном значении ОВП расплава (LiCl-KCl)эвт.–UCl4/UCl3(относительно литиевого динамического электрода сравнения) от 1.78 до 2.08 В скорости коррозии стали 12Х18Н10Т ниже, чем значение скорости коррозии данной стали в эвтектическом расплаве хлоридов лития и калия.

Об авторах

Э. А. Карфидов

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

Email: karfidov@ihte.ru
Екатеринбург, Россия

К. Е. Селиверстов

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

Email: karfidov@ihte.ru
Екатеринбург, Россия

П. Н. Мушников

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

Email: karfidov@ihte.ru
Екатеринбург, Россия

К. Р. Каримов

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

Email: karfidov@ihte.ru
Екатеринбург, Россия

Е. В. Никитина

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

Email: karfidov@ihte.ru
Екатеринбург, Россия

А. Е. Дедюхин

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: karfidov@ihte.ru
Екатеринбург, Россия

Список литературы

  1. Никитина Е.В., О.Ю. Ткачева, Э.А. Карфидов, А.В. Руденко, Муллабаев А.Р. Высокотемпературная коррозия в расплавленных солях: учебное пособие / под общ. ред. Е.В. Никитиной. Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Уральский федеральный университет. Екатеринбург: Изд-во Урал. Ин-та. 2021.
  2. LeBlanc D. Molten salt reactors: a new beginning for an old idea / D. LeBlanc // Nuclear Engineering and Design. 2010.204. P.1644–1656.
  3. Кочергин В.П. Защита металлов от коррозии в ионных расплавах и растворах электролитов / В.П. Кочергин. Екатеринбург: Изд-во УрГУ. 1991.
  4. Смирнов М.В., Озеряная И.Н. Коррозия металлов в расплавленных солевых средах и защита от коррозии. // Коррозия и защита от коррозии. Итоги науки М.: ВИНИТИ. 1973. 2. С. 171–209.
  5. Guo S., Zhang J., Wu W., Zhou W. Corrosion in the molten fuoride and chloride salts and materials development for nuclear applications // Prog. Mater. Sci. 2018. 97. 448–487.
  6. Yingling J.A., Aziziha M., Schorne-Pinto J., Palma J.P.S., Ard J.C., Booth R.E., Dixon C.M., Besmann T.M. Thermodynamic Assessment of CrCl2with NaCl-KCl-MgCl2-UCl3-UCl4for Molten Chloride Reactor Corrosion Modeling // ACS Appl Energy Mater. 2023.6. №11. P. 5868–5882
  7. Gomez-Vidal J.C., Tirawat R. Corrosion of alloys in a chloride molten salt (NaCl-LiCl) for solar thermal technologies // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2016.157. P.234–244.
  8. Lu P., Liu Q., Bao H., Pan T.J., Tang Z. Effect of FeCl3in NaClMgCl2molten salts on the corrosion behavior of 316 stainless steel at 600°C // Corros. Sci. 2023.212. 110961.
  9. Ding W., Bonk A., Bauer T. Corrosion behavior of metallic alloys in molten chloride salts for thermal energy storage in concentrated solar power plants: A review // Front. Chem. Sci. Eng. 2018.12. P.564–576.
  10. Kurley J.M., Halstenberg P.W., McAlister A., Raiman S., Dai S., Mayes R.T. Enabling chloride salts for thermal energy storage: Implications of salt purity // RSC Adv. 2019.9. 25602–25608.
  11. Nguyen T.D., van Rooijen W.F.G. Design of reactor physics experiments in support of chloride-fueled Molten Salt Reactor research & development. Ann. Nucl. Energy. 2023.
  12. van Oudenaren G.I.L., Ocadiz-Flores J.A., Smith A.L. Coupled structural-thermodynamic modelling of the molten salt system NaCl-UCl3. J. Mol. Liq. 2021.
  13. Li B., Dai S., Jiang D.-e. Molecular dynamics simulations of structural and transport properties of molten NaCl-UCl3using the polarizable-ion model. J. Mol. Liq. 2020.299. 112184.
  14. Sano Y., Ambai H., Takeuchi M., Iijima S., Uchida N. Efect of chloride ion on corrosion behavior of SUS316L-grade stainless steel in nitric acid solutions containing seawater components under γ–ray irradiation // J. Nucl. Mater. 2017.493. P.200–206.
  15. Sooby E.S., Nelson A.T., White J.T., McIntyre P.M. Measurements of the liquidus surface and solidus transitions of the NaClUCl3and NaCl-UCl3-CeCl3phase diagrams // J. Nucl. Mater. 2015.466. P.280–285.
  16. Zhang H., Choi S., Zhang C., Faulkner E., Alnajjar N., Okabe P., Horvath D.C., Simpson M.F., Square wave voltammetry for real time analysis of minor metal ion concentrations in molten salt reactor fuel // J Nuclear Mater. 2019.
  17. Zhang H., Choi S., Hamilton D.E., Simpson M.F. Electroanalytical Measurements of UCl3and CeCl3in Molten NaCl-CaCl2// J. Electrochem. Soc. 2021.168. 056521.
  18. D’Souza B., Zhuo W., Yang Q., Leong A., Zhang J. Impurity driven corrosion behavior of HAYNES 230 alloy in molten chloride Salt. Corros. Sci. 2021. 109483.
  19. Ding W., Shi H., Xiu Y., Bonk A., Weisenburger A., Jianu A., Bauer T. Hot corrosion behavior of commercial alloys in thermal energy storage material of molten MgCl2/KCl/NaCl under inert atmosphere. Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2018.184. P.22–30.
  20. Pint B.A., Su Y.F., Sulejmanovic D., Pillai R. Characterization of Fe and Cr Dissolution and Reaction Product Formation in Molten Chloride Salts With and Without Impurities. Mater. High Temp. 2023. 2205754.
  21. Смирнов, М.В. Особенности коррозии металлов в расплавленных галогенидах и карбонатах / М.В. Смирнов, И.Н. Озеряная // Высокотемпературная коррозия и методы защиты от неё. 1973. № 1. С. 76–83.
  22. Колотырки, Я.М. Электрохимические аспекты коррозии металлов. Питтинговая коррозия металлов / Я.М. Колотыркин // Защита металлов. 1975.11. №6. С. 675-686.
  23. Ambrosek J. Molten chloride salts for heat transfer in nuclear systems / J. Ambrosek // University of Wisconsin. 2011.
  24. Raiman S.S. Aggregation and data analysis of corrosion studies in molten chloride and fluoride salts / S.S. Raiman, S. Lee // Journal of Nuclear Materials. 2018.511. P. 523–535.
  25. Indacochea J.E. Corrosion Performance of Ferrous and Refractory Metals in Molten Salts under Reducing Conditions / J.E. Indacochea, J.L. Smith, K.R. Litko, E.J. Karell // Journal of Materials Research. 1999.14. № 5. P. 1990–1995.
  26. Nikolaev A.Y. Purification of Alkali-Metal Chlorides by Zone Recrystallization for Use in Pyrochemical Processing of Spent Nuclear Fuel / A.Y. Nikolaev, A.R. Mullabaev, A.V. Suzdaltsev et al. // At Energy. 2022.131. C. 195–201.
  27. Romanova D.O., Mullabaev A.R., Kovrov V.A. et. al. Determination of the Valent Forms of Uranium (III) and Uranium (IV) Present in the Chloride Melts of Alkaline Metals / // Russian Metallurgy (Metally). 2023.2023. № 2. P. 248–256.
  28. Карфидов Э.А., Никитина Е.В., Селиверстов К.Е., Мушников П.Н., Каримов К.Р. Коррозионное поведение стали 12Х18Н10Т в расплаве LiCl-KCl, содержащем добавки хлоридов f-элементов // Расплавы. 2023. № 4. С. 1–8.
  29. Nikitina E.V., Tkacheva O.Yu., Karfidov E.A., Rudenko A.V., Mullabaev A.R. Vysokotemperaturnaya korroziya v rasplavlennykh solyakh: uchebnoye posobiye [High-temperature corrosion in molten salts: a tutorial] / Ed.by E.V. Nikitina; Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation, Ural Federal University. – Ekaterinburg: Publishing house of the Ural. In-ta. 2021. [In Russian]
  30. LeBlanc, D. Molten salt reactors: a new beginning for an old idea / D. LeBlanc // Nuclear Engineering and Design. 2010.204. P.1644–1656.
  31. Kochergin V.P. Zashchita metallov ot korrozii v ionnykh rasplavakh i rastvorakh elektrolitov [Protection of metals from corrosion in ionic melts and electrolyte solutions] / V.P. Kochergin. – Ekaterinburg: Publishing house of Ural State University. 1991. [In Russian]
  32. Smirnov M.V., Ozeryanaya I.N. Korroziya metallov v rasplavlennykh solevykh sredakh i zashchita ot korrozii [Corrosion of metals in molten salt environments and corrosion protection]. Corrosion and corrosion protection. Results of science – M.: VINITI. 1973.2. P.171–209. [In Russian]
  33. Guo S., Zhang J., Wu W., Zhou W. Corrosion in the molten fuoride and chloride salts and materials development for nuclear applications // Prog. Mater. Sci. 2018.97. 448–487.
  34. Yingling J.A., Aziziha M., Schorne-Pinto J., Palma J.P.S., Ard J.C., Booth R.E., Dixon C.M., Besmann T.M. Thermodynamic Assessment of CrCl2with NaCl-KCl-MgCl2-UCl3-UCl4for Molten Chloride Reactor Corrosion Modeling // ACS Appl Energy Mater. 2023.6. №11. P.5868–5882
  35. Gomez-Vidal J.C., Tirawat R. Corrosion of alloys in a chloride molten salt (NaCl-LiCl) for solar thermal technologies // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2016.157. P.234–244.
  36. Lu P., Liu Q., Bao H., Pan T.J., Tang Z. Effect of FeCl3in NaClMgCl2molten salts on the corrosion behavior of 316 stainless steel at 600°C // Corros. Sci. 2023.212. 110961.
  37. Ding W., Bonk A., Bauer T. Corrosion behavior of metallic alloys in molten chloride salts for thermal energy storage in concentrated solar power plants: A review // Front. Chem. Sci. Eng. 2018.12. P.564–576.
  38. Kurley J.M., Halstenberg P.W., McAlister A., Raiman S., Dai S., Mayes R.T. Enabling chloride salts for thermal energy storage: Implications of salt purity // RSC Adv. 2019.9. 25602–25608.
  39. Nguyen T.D., van Rooijen W.F.G. Design of reactor physics experiments in support of chloride-fueled Molten Salt Reactor research & development. Ann. Nucl. Energy. 2023.
  40. van Oudenaren G.I.L., Ocadiz-Flores J.A., Smith A.L. Coupled structural-thermodynamic modelling of the molten salt system NaCl-UCl3. J. Mol. Liq. 2021.
  41. Li B., Dai S., Jiang D.-e. Molecular dynamics simulations of structural and transport properties of molten NaCl-UCl3using the polarizable-ion model. J. Mol. Liq. 2020.299. 112184.
  42. Sano Y., Ambai H., Takeuchi M., Iijima S., Uchida N. Efect of chloride ion on corrosion behavior of SUS316L-grade stainless steel in nitric acid solutions containing seawater components under γ–ray irradiation // J. Nucl. Mater. 2017. 493. P.200–206.
  43. Sooby E.S., Nelson A.T., White J.T., McIntyre P.M. Measurements of the liquidus surface and solidus transitions of the NaClUCl3and NaCl-UCl3-CeCl3phase diagrams // J. Nucl. Mater. 2015.466. P. 280–285.
  44. Zhang H., Choi S., Zhang C., Faulkner E., Alnajjar N., Okabe P., Horvath D.C., Simpson M.F., Square wave voltammetry for real time analysis of minor metal ion concentrations in molten salt reactor fuel // J Nuclear Mater. 2019.
  45. Zhang H., Choi S., Hamilton D.E., Simpson M.F. Electroanalytical Measurements of UCl3and CeCl3in Molten NaCl-CaCl2// J. Electrochem. Soc. 2021.168. 056521.
  46. D’Souza B., Zhuo W., Yang Q., Leong A., Zhang J. Impurity driven corrosion behavior of HAYNES 230 alloy in molten chloride Salt. Corros. Sci. 2021. 109483.
  47. Ding W., Shi H., Xiu Y., Bonk A., Weisenburger A., Jianu A., Bauer T. Hot corrosion behavior of commercial alloys in thermal energy storage material of molten MgCl2/KCl/NaCl under inert atmosphere. Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2018.184. P. 22–30.
  48. Pint B.A., Su Y.F., Sulejmanovic D., Pillai R. Characterization of Fe and Cr Dissolution and Reaction Product Formation in Molten Chloride Salts With and Without Impurities. Mater. High Temp. 2023. 2205754.
  49. Smirnov M.V., Ozeryanaya I.N. Osobennosti korrozii metallov v rasplavlennykh galogenidakh i karbonatakh [Peculiarities of metal corrosion in molten halides and carbonates] // High-temperature corrosion and methods of protection against it. 1973. № 1. P. 76–83. [In Russian]
  50. Kolotyrkin, Ya.M. Elektrokhimicheskiye aspekty korrozii metallov. Pittingovaya korroziya metallov [Electrochemical aspects of metal corrosion. Pitting corrosion of metals] // Protection of metals. 1975.11. №6. P. 675–686. [In Russian]
  51. Ambrosek, J. Molten chloride salts for heat transfer in nuclear systems / J. Ambrosek // University of Wisconsin. 2011.
  52. Raiman, S.S. Aggregation and data analysis of corrosion studies in molten chloride and fluoride salts / S.S. Raiman, S. Lee // Journal of Nuclear Materials. 2018.511. P. 523–535.
  53. Indacochea, J.E. Corrosion Performance of Ferrous and Refractory Metals in Molten Salts under Reducing Conditions / J.E. Indacochea, J.L. Smith, K.R. Litko, E.J. Karell // Journal of Materials Research. 1999.14. № 5. P. 1990–1995.
  54. Nikolaev, A.Y. Purification of Alkali-Metal Chlorides by Zone Recrystallization for Use in Pyrochemical Processing of Spent Nuclear Fuel / A.Y. Nikolaev, A.R. Mullabaev, A.V. Suzdaltsev et al. // At Energy. 2022.131. C. 195–201.
  55. Romanova D.O., Mullabaev A.R., Kovrov V.A. et. al. Determination of the Valent Forms of Uranium (III) and Uranium (IV) Present in the Chloride Melts of Alkaline Metals / // Russian Metallurgy (Metally). 2023.2023. № 2. P. 248–256.
  56. Karfidov E.A. , Nikitina E.V. , Seliverstov K.E. , Mushnikov P.N. , Karimov K.R. Korrozionnoye povedeniye stali 12Cr18Ni10Ti v rasplave LiCl-KCl, soderzhashchem dobavki khloridov f-elementov [Corrosion behavior of 12Cr18Ni10Ti steel in LiCl-KCl melt containing f-element chloride additives] // Rasplavy (Melts). 2023. No. 4. P. 1–8. [In Russian]

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

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».