从粗锆中分离铪得到核级锆的方法

本发明属于电化学冶金，具体涉及从粗锆中分离铪得到核级锆的方法。

背景技术：

1、金属锆具有热中子俘获截面小、力学性能和加工性能优异等特点，是核工业中重要的稀有金属材料，被广泛应用于核反应堆的包壳材料和结构性材料。

2、在自然界中，锆通常与铪以共生形式存在，同属化学元素周期表中的第ivb族元素，有着相似的外层电子结构，又由于铪紧接在镧系元素之后，受镧系收缩的影响很大，使得锆、铪的原子半径、离子半径和结构等都十分相近，导致它们的化学性质也极其相似，成为元素周期表中最难分离的元素对之一。自然锆资源中铪占锆铪总质量的1～2％左右。由于金属铪的热中子俘获截面大，其核性能与锆正好相反，又核级锆中铪的含量需要小于100ppm，才能达到核工业的质量标准。因此，锆铪分离技术是生产制备核级锆的关键。

3、现阶段，主要的锆铪分离方法是基于锆铪化合物的饱和蒸气压以及溶解度差异的真空蒸馏法和溶剂萃取法。然而，这些方法通常需要重复多次，工艺繁杂，设备成本高且环境危害大。

技术实现思路

1、有鉴于此，一些实施例公开了一种从粗锆中分离铪得到核级锆的方法，包括：

2、将nacl、kcl、licl、naf、kf、lif中的两种或两种以上的组合，与k2zrf6配制成熔盐电解质，其中，k2zrf6的质量分数为1～20％；

3、将粗锆作为第一阳极，将不锈钢、钼或铜作为第一阴极，设置在熔盐电解质中，控制电解条件进行第一次电解；

4、粗锆中的铪金属、锆金属分别以铪离子、锆离子的形式进入熔盐电解质中，然后分别以金属铪、金属锆的形式还原沉积在第一阴极上；

5、将进行第一次电解后的第一阴极作为第二阳极，第一阳极作为第二阴极，控制电解条件进行第二次电解，第二阳极上的金属铪溶解进入熔盐电解质中；

6、重复进行第一次电解和第二次电解；

7、得到核级锆；所述核级锆中铪的含量低于100ppm。

8、一些实施例公开的从粗锆中分离铪得到核级锆的方法，第一次电解的电解温度设置为450～800℃。

9、一些实施例公开的从粗锆中分离铪得到核级锆的方法，第一阴极的电流密度设置为0.05～1a·cm-2。

10、一些实施例公开的从粗锆中分离铪得到核级锆的方法，第二次电解的电解温度设置为450～800℃。

11、一些实施例公开的从粗锆中分离铪得到核级锆的方法，第二次电解的电解电流设置为5～100ma。

12、一些实施例公开的从粗锆中分离铪得到核级锆的方法，熔盐电解质为nacl、kcl与k2zrf6的组合，其中，nacl与kcl的质量比为44：56，k2zrf6的质量分数为5％、7.5％或10％。

13、一些实施例公开的从粗锆中分离铪得到核级锆的方法，第一次电解的电解温度设置为750℃。

14、一些实施例公开的从粗锆中分离铪得到核级锆的方法，第一阴极的电流密度设置为0.1a·cm-2。

15、一些实施例公开的从粗锆中分离铪得到核级锆的方法，第二次电解的电解温度设置为750℃。

16、一些实施例公开的从粗锆中分离铪得到核级锆的方法，第二次电解的电解电流设置为5、10或50ma。

17、本发明实施例公开的从粗锆中分离铪得到核级锆的方法，根据锆元素与铪元素的电负性、活泼性等特性，控制电解条件、交替连续进行第一次电解与第二次电解，使铪元素溶解在熔盐中，锆元素沉积在电极上，从而实现锆铪分离，得到核级锆。本发明实施例公开的从粗锆中分离铪得到核级锆的方法，工艺流程简单，工艺条件容易控制，便于操作，产品纯度高，无有害气体产生。

技术特征：

1.从粗锆中分离铪得到核级锆的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的从粗锆中分离铪得到核级锆的方法，其特征在于，所述第一次电解的电解温度设置为450～800℃。

3.根据权利要求1所述的从粗锆中分离铪得到核级锆的方法，其特征在于，所述第一阴极的电流密度设置为0.05～1a·cm-2。

4.根据权利要求1所述的从粗锆中分离铪得到核级锆的方法，其特征在于，所述第二次电解的电解温度设置为450～800℃。

5.根据权利要求1所述的从粗锆中分离铪得到核级锆的方法，其特征在于，所述第二次电解的电解电流设置为5～100ma。

6.根据权利要求1所述的从粗锆中分离铪得到核级锆的方法，其特征在于，所述熔盐电解质为nacl、kcl与k2zrf6的组合，其中，nacl与kcl的质量比为44：56，k2zrf6的质量分数为5％、7.5％或10％。

7.根据权利要求2所述的从粗锆中分离铪得到核级锆的方法，其特征在于，所述第一次电解的电解温度设置为750℃。

8.根据权利要求3所述的从粗锆中分离铪得到核级锆的方法，其特征在于，所述第一阴极的电流密度设置为0.1a·cm-2。

9.根据权利要求4所述的从粗锆中分离铪得到核级锆的方法，其特征在于，所述第二次电解的电解温度设置为750℃。

10.根据权利要求5所述的从粗锆中分离铪得到核级锆的方法，其特征在于，所述第二次电解的电解电流设置为5、10或50ma。

技术总结本发明公开了一种从粗锆中分离铪得到核级锆的方法。该方法包括：将NaCl、KCl、LiCl、NaF、KF、LiF中的两种或两种以上的组合，与K<subgt;2</subgt;ZrF<subgt;6</subgt;配制成熔盐电解质；将粗锆作为第一阳极，将不锈钢、钼或铜作为第一阴极，设置在熔盐电解质中，控制电解条件进行第一次电解，粗锆中的铪金属、锆金属分别以铪离子、锆离子的形式进入熔盐电解质中，然后分别以金属铪、金属锆的形式还原沉积在第一阴极上；将进行第一次电解后的第一阴极作为第二阳极，第一阳极作为第二阴极，控制电解条件进行第二次电解，第二阳极上的金属铪溶解进入熔盐电解质中；重复进行第一次电解和第二次电解；得到核级锆，核级锆中铪的含量低于100ppm。技术研发人员：李少龙,宋建勋,焦修浩,吕泽鹏受保护的技术使用者：郑州大学技术研发日：技术公布日：2024/5/16