[发明专利]应用于核裂变能钍基熔盐堆无氧四氟化锆的制备方法

说明书

本发明涉及一种应用于核裂变能钍基熔盐堆无氧四氟化锆的制备方法。克服现有干法和升华法生产四氟化锆方法存在的环境不友好问题以及湿法生产的四氟化锆含氧量及纯度不达标的技术问题。以ZrO₂与HF为原料，通过调节物料比以及选取特殊加料方式与反应温度时间，使得ZrO₂完全反应，完全转化为ZrF₄.H₂O；之后，通过浓缩及离心获得ZrF₄.H₂O精品；之后将ZrF₄.H₂O转化为ZrF₄，产生副产物ZrOF₂；然后加入NH₄HF₂即可将副产物完全转化为ZrF₄；本发明所采用的原料简单易得，除杂容易，且反应温区较低，反应过程废水及废气产生较少，且最终产品的氧含量及纯度满足钍基熔盐堆对氟化盐的指标要求。

技术领域

本发明涉及一种四氟化锆的制备方法，尤其涉及一种应用于核裂变能钍基熔盐堆无氧四氟化锆的制备方法。

背景技术

钍基熔盐堆是一种液态燃料堆，使用钍铀核燃料循环，以氟化盐为冷却剂，将天然核燃料和可转化核燃料熔融于高温氟化盐中，携带核燃料在反应堆内部和外部进行循环。由于冷却剂是氟化盐，冷却后变为固体，这使得核燃料既不容易泄露，也不会与地下水发生作用而造成生态灾害。同时，反应堆的选址更加自由，可建在非滨海地区以及几十米深的地下。

钍基熔盐堆对氟化盐水氧含量以及氟化盐纯度有特殊严格的要求。一般氟化盐中的含氧量要求在200-500ppm范围之内，纯度要求为4.5 N -5N。四氟化锆作为氟化盐中的一种，可以作为钍基熔盐堆的冷却剂。目前生产四氟化锆的方法有干法、湿法及升华法等。干法和升华法，在生产过程中对设备腐蚀严重，且产生大量废气，造成二次污染。湿法生产得到的四氟化锆含氧量及纯度不能达到钍基熔盐堆对氟化盐含氧量及纯度的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于核裂变能钍基熔盐堆无氧四氟化锆的制备方法，克服现有干法和升华法生产四氟化锆方法存在的环境不友好问题以及湿法生产的四氟化锆含氧量及纯度不达标的技术问题。

本发明的技术方案是提供一种应用于核裂变能钍基熔盐堆无氧四氟化锆的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1、制备ZrF₄^.H₂O粗品；

步骤1.1、将质量浓度为45%-50%的氢氟酸加入聚四氟反应釜中，加热至65℃-70℃后，在搅拌状态下，先向氢氟酸中一次性加入x 量的二氧化锆；其中x=m/2，m为二氧化锆的总质量；二氧化锆的总质量与质量浓度为45%-50%氢氟酸的质量比为1:1.8-1:2.2；

步骤1.2、等待反应液沸腾，维持温度在95℃-105℃，持续反应40分钟到60分钟；

步骤1.3、再次向反应液中加入剩余的二氧化锆，维持反应温度在95℃-105℃，持续反应30分钟至60分钟，待反应完全后静置30分钟至40分钟；过滤，收集滤液，即为ZrF₄^.H₂O粗品；

步骤2、制备ZrF₄^.H₂O精品；

将步骤1.3收集的滤液加入另一聚四氟反应釜中，加热至110℃-120℃，进行浓缩；浓缩出结晶，捞出结晶，趁热在离心机中液固分离，去除上清液，用去离子水清洗结晶表面的游离酸，获得ZrF₄^.H₂O精品；

步骤3、制备ZrF₄，并产生副产物ZrOF₂；