[发明专利]一种FLiNaK熔盐及其制备方法、反应器和制备装置

说明书

本发明公开了FLiNaK熔盐及其制备方法、反应器和制备装置。FLiNaK熔盐中氧、硫、氯、硅、镍、铁、钙、铝、钡、铬、钴、镉、锰、镁、铜、磷、铅、锌、钒、钛、钼、钨、锆、锶、锡元素的含量均低于0.01％，各杂质元素含量总和不超过0.1％；LiF、NaF、KF的质量比为29.3:11.7:59.0。该FLiNaK熔盐的制备方法如下：(1)混合干燥；(2)升温熔融；(3)500～600℃下氢气鼓泡8h以上；(4)于500～550℃下用1:(4～9)的氟化氢和氢气的混合气鼓泡36h以上；(5)氢气再处理。本发明的FLiNaK熔盐对哈氏N合金、GH3535、SUS316Ti合金具有良好的材料相容性。

技术领域

本发明涉及一种FLiNaK熔盐及其制备方法、反应器和制备装置。

背景技术

LiF、NaF、KF按一定比例(29.3-11.7-59.0wt％)混合熔融后形成一种低共熔FLiNaK共晶盐，熔点458℃。FLiNaK熔盐具有热稳定性好、蒸汽压低、流动性好等特点，可用作核反应堆传热介质，也可用于太阳能光热发电等新能源领域。纯净的FLiNaK熔盐对哈氏N合金、GH3535、SUS316Ti合金等腐蚀性极低，在控制好气氛及熔盐电位的前提下可长期服役。

腐蚀研究表明，FLiNaK熔盐对哈氏N合金、GH3535、SUS316Ti合金等材料的腐蚀性与其纯度直接相关。由市售氟盐原料直接熔融形成的FLiNaK熔盐由于含有较多腐蚀性金属离子、氧化物及硫酸根等杂质，对合金材料具有较强的腐蚀性，不能直接采用，必须予以净化。

然而，目前关于高纯FLiNaK熔盐的制备技术及质量标准在国内外尚属空白。宗国强等在中国专利文献CN103219052A中提到的用氟化氢铵法制备高纯FLiNaK熔盐的方法，虽然可以去除大部分水、氧等腐蚀性杂质离子，但对硫酸根等有害杂质去除效果较差。而且，该方法残留的铵根离子对熔盐腐蚀性影响也比较大，使得最终制得的FLiNaK熔盐难以较好地满足腐蚀性的要求。

因此，如何制备纯度高、杂质含量低、腐蚀性小的FLiNaK熔盐成了本领域的重要研究课题。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于克服现有的FLiNaK熔盐杂质含量高，腐蚀性较高的缺陷，提供了一种FLiNaK熔盐及其制备方法、反应器和制备装置。本发明的FLiNaK熔盐中氧、硫、氯、硅、镍、铁、钙、钡、镁、铝、铅、铜、铬等元素含量均低于0.01％，各项杂质含量总和不超过0.1％，该纯度的FLiNaK熔盐对哈氏N合金、GH3535以及SUS316Ti合金具有良好的材料相容性。

本发明的发明人在研发过程中发现，FLiNaK熔盐中的水、氧、硫、氯、铁、镍等离子对腐蚀贡献非常大，特别是水、氧、硫三者含量对腐蚀影响巨大，然而现有技术中缺乏对FLiNaK熔盐中水、氧两种关键杂质含量的报道，更缺乏FLiNaK熔盐相关杂质与腐蚀特性间关系的报道。发明人通过大量的实验发现，制备过程中原材料的选择、工艺参数的设定对FLiNaK熔盐的纯度和腐蚀特性均有很大影响，并且惊奇地发现当FLiNaK熔盐中的水氧等关键杂质含量在100ppm以下时，FLiNaK熔盐对哈氏N合金、GH3535、SUS316Ti合金等材料的腐蚀性非常低。然而，采用现有的熔盐包括专利文献CN103219052A采用氟化氢铵法制备得到的FLiNaK熔盐均无法得到氧含量低于100ppm的FLiNaK产品。

最终本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。

本发明提供了一种FLiNaK熔盐，所述FLiNaK熔盐中杂质氧、硫、氯、硅、镍、铁、钙、铝、钡、铬、钴、镉、锰、镁、铜、磷、铅、锌、钒、钛、钼、钨、锆、锶、锡元素的含量均低于0.01％，各杂质元素含量总和不超过0.1％；所述FLiNaK熔盐中LiF、NaF、KF的质量比为29.3:11.7:59.0，任一组分误差不超过±0.3％。

较佳地，所述FLiNaK熔盐的熔点为456～460℃。