核级锆的熔盐制备与回收研究进展

周铭宇a,c,刘乐彬a,c,梅雷a,刘雅兰a,石伟群b(a 中国科学院 高能物理研究所 核能放射化学实验室)(b 上海交通大学 机械与动力工程学院 核燃料循环与核材料研究所)(c 中国科学院大学 化学科学学院)
摘要:核级锆是核电站反应堆的必备金属材料, 具有普通商用锆材无法企及的低中子吸收截面与耐腐蚀性, 兼具高经济价值与战略意义, 是关乎国家能源安全的储备性资源. 因此, 高效经济地制备和回收核级锆受到核科学工作者们的重视. 熔盐技术作为实现锆铪分离、金属锆制备及退役锆回收的重要途径, 具有流程简洁、适应性强等优势. 此综述概括了熔盐在核级锆全流程管理中的关键作用, 包括不同熔盐体系(氟化物、氯化物及氟氯混合盐体系)在金属锆制备和回收中的应用特性分析和对比. 此外, 重点对熔盐中锆离子的电还原行为进行了系统的梳理, 以推动核级锆的绿色冶金与循环利用.
关键词:核级锆;熔盐;电沉积;电精炼

目录介绍

1 引言

2 熔盐技术与核级锆制备

2.1 锆铪分离工艺

2.1.1 溶液体系的锆铪分离工艺

(1)分级结晶法(Fractional Crystallization)

(2)溶剂萃取法(Solvent Extraction)

(3)固相分离法(Solid-phase Extraction)

2.1.2 熔盐体系的锆铪分离工艺

(1)熔盐精馏法(Molten Salt Distillation)

(2)熔盐萃取法(Molten Salt Extraction)

(3)熔盐电解法(Molten Salt Electrolysis)

2.2 金属锆制备工艺

2.2.1 电沉积法制备金属锆

(1)NaCl基熔盐体系的发展

(2)其他熔盐体系的尝试

(3)电沉积技术的挑战.

2.2.2 FFC法制备金属锆

(1)FFC工艺机理

(2)FFC工艺还原二氧化锆

(3)还原机理和工艺优化.

2.2.3 USTB法制备金属锆

(1)ZrCxOy阳极的制备与优化

(2)ZrCxOy阳极的溶解行为

(3)工艺创新

3 熔盐技术与核级锆回收

3.1 化学法回收金属锆

(1)碘化法(Iodination Method)

(2)氯化法(Chlorination Method)

3.2 熔盐电精炼回收金属锆

3.2.1 氟化物熔盐中回收金属锆

(1)FLiNaK体系

(2)LiF-KF体系

(3)LiF-NaF体系

(4)其他氟化物体系

3.2.2 氯化物熔盐中回收金属锆

(1)CsCl基熔盐

(2)LiCl-KCl体系

4 熔盐体系设计的关键: 锆的电化学行为

4.1 氟化物熔体中锆的电还原行为

(1)FLiNaK熔体

(2)LiF-CaF2体系

(3)LiF-KF体系

(4)LiF-NaF体系

4.2 氯化物熔体中锆的电还原行为

4.2.1 LiCl-KCl熔体

4.2.2 NaCl熔体

4.2.3 NaCl-KCl熔体

(1)还原机理的初步认识

(2)还原机理认识的深化

4.3 氟离子对锆电还原行为的影响

4.3.1 F-对LiCl-KCl熔体中锆行为的影响

4.3.2 F-对NaCl-KCl熔体中锆行为的影响

5 总结与展望


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