Разделение циркония и гафния

Что такое цирконий?

Цирконий, Zr, - это элемент с атомным номером 40 и атомным весом 91,224. Большая часть циркония производится путем переработки минерала циркона. Zr применяется в атомной промышленности, так как цирконий имеет низкое сечение захвата нейтронов. Zr потребляется в виде циркалоидов, обычно циркалои-2 и циркалои-4, для изготовления топливных стержней для ядерных реакторов.

Поскольку цирконий обладает очень хорошей химической коррозионной стойкостью, циркониевые формы, такие как циркониевые трубы и пластины, используются для изготовления оборудования для химической промышленности. Zr также используется в качестве добавки к стали, а оксид циркония, иногда известный как диоксид циркония, применяется в производстве керамики.

Что такое гафний?

Гафний, элемент, входящий в одну группу с Zr, имеет более высокую плотность и гораздо большее сечение захвата нейтронов. Содержание примеси Hf должно быть очень низким в изделиях из циркалоя, если они применяются в атомной промышленности.

Что такое циркон?

Циркон, основной источник чистого Zr, обычно содержит некоторое количество Hf, и разделить Zr и Hf очень сложно. Поскольку эти два элемента находятся в одной группе, они обладают схожими химическими свойствами.

Обычно для разделения циркония и гафния применяется метод жидкостной экстракции, для которого разработано несколько систем. Для разделения также используется дистилляция расплавленной соли. Однако все вышеперечисленные процессы являются дорогостоящими по сравнению с обычными процессами очистки металлов. Кроме того, в процессе жидкостной экстракции используется большое количество воды и образуется много отходов.

Обычно нет необходимости извлекать весь гафний из циркония, если только он не выпускается для атомной промышленности. Таким образом, продукты с низким содержанием гафния могут быть труднодоступны на обычном рынке. Хотя процесс восстановления циркония из его планки с помощью магния обычно дешевле, высококачественный чистый цирконий по-прежнему производится в виде кристаллического бруска Zr. Рыночная цена циркониевых материалов с низким содержанием гафния может быть на 50~100% выше по сравнению с цирконием с высоким содержанием Hf.

Как разделить гафний и цирконий?

Выделение и очистка циркония из гафния включает три основных метода, каждый из которых предназначен для достижения высокой чистоты циркония, необходимой для конкретных отраслей промышленности. Во-первых, пиролизное разделение использует разницу в давлении паров между цирконием и хлоридом гафния при повышенных температурах или давлении. Этот метод обеспечивает оптимизированный производственный процесс, отличающийся высокой эффективностью и минимальным воздействием на окружающую среду. Он заменяет несколько производственных стадий, что делает его перспективным подходом к разделению циркония и гафния.

Другим эффективным методом является экстракция растворителем, в которой используется кожа и различные экстрагенты, такие как кетоны, фосфорсодержащие и аминные экстрагенты. Этот метод отличается масштабируемостью, простотой и непрерывностью. Он признан важным средством разделения циркония и гафния благодаря возможности крупномасштабного производства, обеспечивающего достижение необходимых уровней чистоты, требуемых различными отраслями промышленности.

Ионообменная сепарация, хотя и используется реже, предполагает разделение циркония и гафния путем ионного обмена. Этот метод имеет ограниченное применение, в основном в небольших объемах производства. Например, в бывшем Советском Союзе он использовался для дальнейшего отделения гафния от богатого гафнием материала, полученного методом циркониево-гафниевой перекристаллизации. Этот очищенный оксид гафния послужил прекурсором для производства губчатого гафния на атомном уровне. Эти различные методы обеспечивают целевые решения для достижения строгих требований к чистоте, необходимых для применения циркония в различных отраслях промышленности. Для получения более полной информации посетите сайт https://www.samaterials.ru/.

Заключение

Stanford Advanced Materials предлагает высокочистые кристаллические слитки циркония в качестве источника Zr. В наличии имеются изделия как с низким содержанием гафния, так и с высоким содержанием гафния. Содержание Hf в наших кристаллах может быть ниже 250ppm.