[发明专利]分离铪和锆的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种分离包含铪和锆的混合物的工艺。锆及其合金具有高熔点和高耐腐蚀性。因此，锆被应用于化学工业尤其是核反应堆。锆对中子具有非常低的吸收系数，这使得该金属极其适于在核反应堆中用作建筑材料。

背景技术

在自然界中，所发现的锆几乎总是和铪相结合。与锆相反，铪对中子具有较高的吸收系数，这使得铪适合在核反应堆中用作中子吸收剂。化学上，金属锆和铪彼此极其相似。金属锆作为建筑材料应用于核反应堆，在核反应堆中低的中子吸收系数是必要的，金属锆中的铪含量应该尽可能的低。

相反地，铪中微量的锆几乎对铪的中子吸收系数无影响。

锆对重量平衡具有良好的强度。对重量平衡良好的该强度只有在金属锆或其相关合金中的含氧比例足够低的时候才能得到。如果金属或者其合金中溶解氧的比例太高，那么通常该材料会变得太脆而导致其技术上的可用性降低。

US-A-4072506描述了一种从含有铪和锆的混合物中将铪和锆分离的工艺。在已知的该工艺中，该混合物溶于含有单一溶剂金属的熔融金属相中。虽然铜被列为在镉、铅、铋和锡中几种合适的溶剂金属之一，但是US-A-4072506提出：实际上，最适合用作溶剂金属的金属是锌。熔融金属相与熔融盐相接触，由此铪从熔融金属相转移到熔融盐相。熔融盐相也含有锆盐，其可被还原为锆且被转移到熔融金属相。US-A-4072506中的工艺进一步包括蒸馏步骤，其中锌从以锆为主要成分的金属相中被蒸馏出来。回收锌，得到锆的产品流。

发明内容

本发明试图改进US-A-4072506的工艺，尤其是通过提供纯化工艺而最终得到更高的分离系数β，其可以在较低的温度下进行，并且可以与电解精炼步骤相结合，而应用于生产中间产品的步骤和/或回收锆和/或铪的步骤中。

因此，本发明的一方面涉及一种分离包含铪和锆的混合物的纯化工艺，包括以下步骤：

提供熔融金属相，所述熔融金属相包括第一金属M¹以及第二金属M²；

提供熔融盐相，所述熔融盐相包括至少一种金属卤化物M³Z以及一种或多种金属M⁴的一种或者多种盐，其中，M³为正电性小于锆和铪的金属，M⁴为周期表中第一族或第二族的金属；

将所述包含铪和锆的混合物加入到所述熔融金属相；以及

使所述熔融金属相和所述熔融盐相相接触，由此至少部分所述铪从所述熔融金属相转移到所述熔融盐相。

优选地，选择金属M¹和M²使其比锆(和铪)更稳定。原则上，周期表(本发明涉及的周期表中所有的族和周期都是根据IUPAC定义的)中所有的第5-15族和第4-6周期中的所有金属都可用于上述工艺中，因为它们的正电性都比锆低，相当地，具有较高的负电性。锆的负电性是1.33鲍林(Pauling)，铪的是1.3鲍林。因此，负电性高于1.33的金属都是合适的。实际上，优选地，M¹和M²分别独立地选自于：Cu、Sn、Ag、Sb、Zn、Pb、Bi、Fe、Ni、Cd、Si及Co。优选地，选择M²使其可以降低M¹的熔点，就工艺的能量损耗来说这样是有利的。在较低温度下进行该工艺是有优势的，即减少了难熔问题，同时延长了装置的寿命且降低了经营成本。

熔融盐相包括至少一种金属卤化物M³Z，优选为金属氯化物M³Cl_x，其中x表示相应于M³的化合价的整数。金属卤化物最好是与熔融金属相中的金属相对应，也就是，M³与M¹和/或M²相同。尤其优选地，使用金属卤化物M³Z的混合物，其中存在的总的M³的一部分相当于M¹，另一部分等同于M²。在优选实施例中，熔融金属相包括Cu和Sn，熔融盐相包括CuCl₂和SnCl₂。