RU2457265C2 - Method of purifying zirconium from hafnium - Google Patents

Method of purifying zirconium from hafnium Download PDF

Info

Publication number
RU2457265C2
RU2457265C2 RU2010106946/02A RU2010106946A RU2457265C2 RU 2457265 C2 RU2457265 C2 RU 2457265C2 RU 2010106946/02 A RU2010106946/02 A RU 2010106946/02A RU 2010106946 A RU2010106946 A RU 2010106946A RU 2457265 C2 RU2457265 C2 RU 2457265C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hafnium
zirconium
layer
tetrafluoride
dioxide
Prior art date
Application number
RU2010106946/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010106946A (en
Inventor
Александр Сергеевич Буйновский (RU)
Александр Сергеевич Буйновский
Игорь Юрьевич Русаков (RU)
Игорь Юрьевич Русаков
Владимир Леонидович Софронов (RU)
Владимир Леонидович Софронов
Original Assignee
Александр Сергеевич Буйновский
Игорь Юрьевич Русаков
Владимир Леонидович Софронов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Сергеевич Буйновский, Игорь Юрьевич Русаков, Владимир Леонидович Софронов filed Critical Александр Сергеевич Буйновский
Priority to RU2010106946/02A priority Critical patent/RU2457265C2/en
Publication of RU2010106946A publication Critical patent/RU2010106946A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2457265C2 publication Critical patent/RU2457265C2/en

Links

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: method of separating zirconium and hafnium involves sublimation by heating the starting zirconium tetrafluoride containing hafnium tetrafluoride and desublimation of the formed vapour. Before sublimation, fluoride vapour is passed over or through a layer of zirconium dioxide containing not more than 0.03 wt % hafnium. The height of the layer when passing zirconium dioxide through the layer is equal to 140-150 mm and 1950-2100 mm when passing zirconium dioxide over the layer.
EFFECT: separation of zirconium and hafnium in a single step in a single apparatus; the process itself is wasteless since the hafnium dioxide formed during the reaction is an intermediate product for producing hafnium metal.
2 tbl

Description

Изобретение относится к химической технологии получения ядерно-чистого циркония, конкретно к технологии очистки циркония от гафния, и может быть использовано на рудоперерабатывающих предприятиях и в атомной промышленности.The invention relates to a chemical technology for producing nuclear-pure zirconium, specifically to a technology for purifying zirconium from hafnium, and can be used in ore processing plants and in the nuclear industry.

Проблема очистки циркония от гафния осложнена тем, что химические свойства их схожи из-за сходства в строении атомов. Для их разделения применяют сложную многоступенчатую очистку: кристаллизацию, ионный обмен, многократное осаждение, экстракцию.The problem of purification of zirconium from hafnium is complicated by the fact that their chemical properties are similar due to the similarity in the structure of atoms. For their separation, complex multistage purification is used: crystallization, ion exchange, multiple precipitation, extraction.

Известен способ очистки циркония от гафния из азотнокислого раствора экстракцией циркония трибутилфосфатом в инертном разбавителе при концентрации гафния в водной фазе [Большаков К.А. и др. Технология редких и рассеянных элементов. М.: Высшая школа, 1969. т.2, с.475].A known method of purification of zirconium from hafnium from a nitric acid solution by extraction of zirconium with tributyl phosphate in an inert diluent at a concentration of hafnium in the aqueous phase [K. Bolshakov et al. Technology of rare and trace elements. M .: Higher school, 1969. t.2, p.475].

Этому способу, как и другим вариантам экстракционного метода, свойственны высокая стоимость экстрагентов и пожароопасность производства, необходимость использования множества механических и пневматических устройств. Кроме того, очистка циркония от гафния экстракционным методом плохо сочетается с процессами вскрытия циркона и получением чистого металла восстановлением из его тетрафторида.This method, as well as other versions of the extraction method, is characterized by the high cost of extractants and the fire hazard of production, the need to use many mechanical and pneumatic devices. In addition, the purification of zirconium from hafnium by the extraction method is poorly combined with the processes of opening zircon and obtaining pure metal by reduction from its tetrafluoride.

Другим способом очистки циркония от гафния может быть сублимационно-десублимационный метод [Ожерельев, О.А. Сублимационная очистка фторидов циркония, гафния, титана [Текст] / О.А.Ожерельев. - Новосибирск: Наука, 2005. - 135 с.. - Библиогр.: 131-134. - 500 экз. - ISBN 5-02-032459-0, с.47]. Недостатком метода является низкий коэффициент очистки (разделения), в результате чего для получения тетрафторида циркония с содержанием гафния 0,02 мас.%, даже при оптимальных температуре и давлении процесса, необходимо провести 6 ступеней очистки.Another method of purification of zirconium from hafnium can be the sublimation-sublimation method [Ozherelyev, O.A. Sublimation purification of fluorides of zirconium, hafnium, titanium [Text] / OA Ozherelyev. - Novosibirsk: Nauka, 2005 .-- 135 p. - Bibliography: 131-134. - 500 copies. - ISBN 5-02-032459-0, p. 47]. The disadvantage of this method is the low coefficient of purification (separation), as a result of which 6 purification steps are necessary to obtain zirconium tetrafluoride with a hafnium content of 0.02 wt.%, Even at the optimum temperature and pressure of the process.

Задачей изобретения является создание способа очистки циркония от гафния за одну ступень при отсутствии технологических отходов с использованием минимального количества оборудования.The objective of the invention is to provide a method for cleaning zirconium from hafnium in one step in the absence of technological waste using a minimum amount of equipment.

Поставленная задача достигается тем, что способ очистки циркония от гафния предусматривает сублимацию исходного тетрафторида циркония (ТФЦ), содержащего тетрафторид гафния (ТФГ), и десублимацию образующихся паров, причем пары фторидов перед десублимацией пропускают над или через слой диоксида циркония, содержащего 0,02-0,03 мас.% гафния, при этом высота слоя при пропускании через слой диоксида циркония составляет 140-150 мм, а при пропускании над слоем диоксида циркония длина слоя составляет 1950-2100 мм.This object is achieved in that the method of purification of zirconium from hafnium involves the sublimation of the initial zirconium tetrafluoride (TFC) containing hafnium tetrafluoride (TFH), and the desublimation of the formed vapor, with fluoride pairs being passed over or through a layer of zirconium dioxide containing 0.02- 0.03 wt.% Hafnium, while the layer height when passing through a layer of zirconium dioxide is 140-150 mm, and when passing over a layer of zirconium dioxide the length of the layer is 1950-2100 mm.

Сущность изобретения в следующем.The invention is as follows.

Тетрафторид гафния способен вступать в обменную реакцию с диоксидом цирконияHafnium tetrafluoride is able to enter into an exchange reaction with zirconium dioxide

Figure 00000001
Figure 00000001

Расчеты показывают, что изменение энергии Гиббса в интервале температур (700-1300) K, то есть при температурах сублимации ТФЦ и ТФГ имеет отрицательные значения.Calculations show that the change in Gibbs energy in the temperature range (700–1300) K, that is, at sublimation temperatures of TFC and TGF, has negative values.

Кроме реакции (1) в системе могут протекать реакцииIn addition to reaction (1), reactions can occur in the system

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Твердая фаза, образующаяся по реакции (2), начинает выделять парообразный тетрафторид циркония при температуре 1023 K. Аналогично ведут себя оксофториды гафния, образующиеся по реакции (3). Исходя из этого следует, что при температурах выше 1023 K диоксид циркония будет селективно взаимодействовать с тетрафторидом гафния. При этом гафний будет концентрироваться в твердой фазе (в диоксиде циркония), а цирконий - в паровой фазе, обедненной по гафнию. Эти предположения были проверены экспериментально. В корпусе одного аппарата при условиях (давление и температура), обеспечивающих сублимацию тетрафторида циркония, содержащего тетрафторид гафния, смесь их паров пропускали через слой диоксида циркония. Пары обогащались по тетрафториду циркония согласно уравнению (1) и десублимировались на охлаждаемой поверхности конденсатора. Результаты эксперимента приведены в таблице 1.The solid phase formed by reaction (2) begins to liberate vaporous zirconium tetrafluoride at a temperature of 1023 K. The hafnium oxofluorides formed by reaction (3) behave similarly. Based on this, it follows that at temperatures above 1023 K zirconia will selectively interact with hafnium tetrafluoride. In this case, hafnium will be concentrated in the solid phase (in zirconium dioxide), and zirconium will be concentrated in the vapor phase depleted in hafnium. These assumptions were verified experimentally. In the casing of one apparatus under conditions (pressure and temperature) providing sublimation of zirconium tetrafluoride containing hafnium tetrafluoride, a mixture of their vapors was passed through a layer of zirconium dioxide. Vapors were enriched in zirconium tetrafluoride according to equation (1) and desublimated on the cooled surface of the condenser. The experimental results are shown in table 1.

Таблица 1 -Table 1 - Зависимость эффективного коэффициента очистки от высоты слоя диоксида цирконияThe dependence of the effective cleaning coefficient on the height of the layer of zirconium dioxide Концентрация гафния в диоксиде циркония мас.%The concentration of hafnium in zirconia wt.% Высота слоя. ммLayer height. mm Коэффициент гафния в исходном ТФЦ, мас.%The hafnium coefficient in the initial TFC, wt.% Концентрация гафния в десублимате, мас.%The concentration of hafnium in desublimate, wt.% Степень десублимации, %The degree of desublimation,% Коэффициент очисткиCleaning ratio 00 1,581,58 1,201.20 93,5293.52 1,32±0,181.32 ± 0.18 18eighteen 1,581,58 0,080.08 96,1396.13 1,98±0,201.98 ± 0.20 0,02-0,030.02-0.03 2121 2,172.17 1,151.15 97,2097,20 2,09±0,182.09 ± 0.18 3535 1,011.01 0,680.68 97,4397.43 2,96±0,262.96 ± 0.26 5353 2,012.01 0,530.53 98,1398.13 3,79±0,303.79 ± 0.30

Эксперименты показали, что эффективный коэффициент очистки (разделения) выше при прохождении смеси паров через слой диоксида циркония по сравнению с этой величиной для простой сублимации. Кроме того, с увеличением высоты слоя диоксида циркония эффективность разделения тетрафторидов циркония и гафния возрастает.The experiments showed that the effective coefficient of purification (separation) is higher when passing a mixture of vapors through a layer of zirconium dioxide compared with this value for simple sublimation. In addition, with increasing zirconia layer height, the separation efficiency of zirconium and hafnium tetrafluorides increases.

С целью получения данным способом тетрафторида циркония, соответствующего техническим условиям (содержание гафния не более 0,02%), была выполнена серия опытов, заключающаяся в многократном пропускании пара одного и того же образца ТФЦ через слой и над слоем диоксида циркония при температуре 1073 K. Результаты эксперимента приведены в таблице 2.In order to obtain zirconium tetrafluoride that meets the technical specifications (hafnium content of not more than 0.02%) by this method, a series of experiments was carried out consisting in the multiple passage of steam of the same TFC sample through a layer and above a zirconia layer at a temperature of 1073 K. The experimental results are shown in table 2.

Таблица 2 -Table 2 - Концентрация гафния в десублимате ТФЦ в зависимости от организации процесса сублимацииHafnium concentration in TFC desublimate depending on the organization of the sublimation process Концентрация гафния в диоксиде циркония, мас.%The concentration of hafnium in zirconia, wt.% Высота (длина) слоя диоксида, ммHeight (length) of the dioxide layer, mm Концентрация гафния в десублимате, мас.%The concentration of hafnium in desublimate, wt.% Пары пропускались через слой диоксида цирконияVapors passed through a zirconia layer 00 1,781.78 18eighteen 1,041,04 3636 0,650.65 5454 0,350.35 0,02-0,030.02-0.03 7272 0,200.20 9090 0,160.16 108108 0,100.10 126126 0,0780,078 144144 0,0340,034 Пары пропускались над слоем диоксида цирконияVapors passed over a layer of zirconium dioxide 00 20,5020.50 150150 17,9017.90 300300 14,0014.00 450450 12,4012.40 600600 10,0010.00 750750 7,907.90 900900 3,453.45 0,020.02 10501050 1,861.86 12001200 0,970.97 13501350 0,720.72 15001500 0,530.53 16501650 0,0960,096 18001800 0,0780,078 19501950 0,0530,053 21002100 0,0200,020

Эксперименты показали, что при использовании диоксида циркония с меньшим содержанием гафния содержание гафния в десублимате также снижается. Тетрафторид циркония с концентрацией гафния 0,02%, соответствующий техническим условиям, получен при использовании диоксида циркония, содержащего 0,02-0,03 мас.%. гафния. В зависимости от организации процесса для получения ядерно-чистого тетрафторида циркония его пары, изначально содержащие до 2% гафния, необходимо пропустить или через слой диоксида циркония высотой 140-150 мм или над слоем диоксида циркония длиной до 2100 мм.Experiments have shown that when using zirconia with a lower hafnium content, the hafnium content in desublimate also decreases. Zirconium tetrafluoride with a hafnium concentration of 0.02%, corresponding to the technical conditions, was obtained using zirconia containing 0.02-0.03 wt.%. hafnium. Depending on the organization of the process, to obtain nuclear-grade zirconium tetrafluoride, its vapors, initially containing up to 2% hafnium, must be passed either through a layer of zirconium dioxide 140-150 mm high or above a layer of zirconium dioxide up to 2100 mm long.

Таким образом, предлагаемый способ очистки циркония от гафния позволяет проводить процесс очистки за одну ступень в одном аппарате. Сам процесс является безотходным, так как образующийся в результате реакции (1) диоксид гафния является промежуточным продуктом для получения металлического гафния.Thus, the proposed method of purification of zirconium from hafnium allows the purification process to be performed in one step in one apparatus. The process itself is waste-free, since hafnium dioxide formed as a result of reaction (1) is an intermediate product for the production of hafnium metal.

Claims (1)

Способ очистки тетрафторида циркония от фторида гафния, включающий сублимацию при нагреве исходного тетрафторида циркония, содержащего тетрафторид гафния, и десублимацию образующихся паров, отличающийся тем, что пары фторидов перед десублимацией пропускают над или через слой диоксида циркония, содержащего не более 0,03 мас.% гафния, при этом при пропускании их через слой диоксида циркония высота слоя составляет 140-150 мм, а при пропускании их над слоем диоксида циркония длина слоя составляет 1950-2100 мм. The method of purification of zirconium tetrafluoride from hafnium fluoride, including sublimation of the initial zirconium tetrafluoride containing hafnium tetrafluoride and desublimation of the vapor generated by heating, characterized in that the fluoride vapor is passed over or through a layer of zirconium dioxide containing not more than 0.03 wt.% hafnium, while passing them through a zirconia layer, the layer height is 140-150 mm, and when passing them above a zirconia layer, the layer length is 1950-2100 mm.
RU2010106946/02A 2010-02-24 2010-02-24 Method of purifying zirconium from hafnium RU2457265C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010106946/02A RU2457265C2 (en) 2010-02-24 2010-02-24 Method of purifying zirconium from hafnium

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010106946/02A RU2457265C2 (en) 2010-02-24 2010-02-24 Method of purifying zirconium from hafnium

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010106946A RU2010106946A (en) 2011-08-27
RU2457265C2 true RU2457265C2 (en) 2012-07-27

Family

ID=44756413

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010106946/02A RU2457265C2 (en) 2010-02-24 2010-02-24 Method of purifying zirconium from hafnium

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2457265C2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2512726C2 (en) * 2012-07-24 2014-04-10 Игорь Юрьевич Русаков Method of purifying zirconium tetrafluoride from admixtures
DE102012015297A1 (en) 2012-07-27 2014-05-15 MSDT Corporation Pte. Ltd. Processing mineral raw materials, comprises e.g. preparing an aqueous suspension of raw material, optionally mixing a chemical activator, and processing the suspension through energy application, preferably by injecting a gas

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0123634A1 (en) * 1983-03-24 1984-10-31 CEZUS Compagnie Européenne du Zirconium Process for separating zirconium tetrachloride from hafnium tetrachloride by extractive distillation for the removal of the aluminium introduced by the solvent
US5176878A (en) * 1989-05-23 1993-01-05 Teledyne Industries, Inc. Zirconium-hafnium separation process
RU2027673C1 (en) * 1992-03-18 1995-01-27 Институт химии Дальневосточного отделения РАН Method of separation of zirconium from iron
EA200700825A1 (en) * 2004-10-11 2007-08-31 Компани Еропеен Дю Зиркониум - Сезюс The method of separation of zirconium and hafnium

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0123634A1 (en) * 1983-03-24 1984-10-31 CEZUS Compagnie Européenne du Zirconium Process for separating zirconium tetrachloride from hafnium tetrachloride by extractive distillation for the removal of the aluminium introduced by the solvent
US5176878A (en) * 1989-05-23 1993-01-05 Teledyne Industries, Inc. Zirconium-hafnium separation process
RU2027673C1 (en) * 1992-03-18 1995-01-27 Институт химии Дальневосточного отделения РАН Method of separation of zirconium from iron
EA200700825A1 (en) * 2004-10-11 2007-08-31 Компани Еропеен Дю Зиркониум - Сезюс The method of separation of zirconium and hafnium

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ОЖЕРЕЛЬЕВ О.А. Сублимационная очистка фторидов циркония, гафния, титана. - Новосибирск: Наука, 2005, с.131-134. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010106946A (en) 2011-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2021204689B2 (en) Methods for treating lithium-containing materials
KR101957705B1 (en) Manufacturing method of titania from scr catalyst
CA3062417A1 (en) Processes and systems for recovering methanesulfonic acid in purified form
JP2008115063A (en) High purity hafnium material and method of manufacturing the material by using solvent extraction method
CN102452700A (en) Treatment method and system of water-based oil-containing solution
RU2457265C2 (en) Method of purifying zirconium from hafnium
JP3950968B2 (en) Method for separating and recovering Y and Eu
US20150122744A1 (en) Method for purification of spent sulfuric acid from titanium dioxide rutile industry
EP2853515A1 (en) A system and process for water treatment
JP2009298647A (en) Nickel oxide and production method of the same
WO2014106667A3 (en) Method for the solvolysis of aqueous organic suspensions and solutions to form concentrated, aqueous, black-liquor-like and/or salt-like solutions of organic compounds
CN103072962B (en) Preparation method of electronic grade nitric acid
JP5393702B2 (en) Method for separating glyoxylic acid from an aqueous reaction medium containing glyoxylic acid and hydrochloric acid
WO2015159893A1 (en) Method for manufacturing fatty acid chloride and fatty acid chloride
JP7040512B2 (en) Manufacturing method and manufacturing system for purified hydrogen peroxide solution
JP2009096792A (en) Method for purifying dimethylsulfoxide
RU2458006C2 (en) Method of producing high-purity synthetic silicon dioxide
JP2016188176A (en) Separation, enrichment, and/or recovery method of phenol, and system thereof
CN103991885B (en) A kind of medical preparation process of magnesia
US9364794B2 (en) Method to remove carbonate from a caustic scrubber waste stream
RU2512726C2 (en) Method of purifying zirconium tetrafluoride from admixtures
JP2010120815A (en) Method for recovering ammonium nitrate from waste water
RU2578319C1 (en) Method of extracting carbon nanoparticles from process waste carbon-containing material
EP3793947A1 (en) A process to recycle water condensate from co2 off gas stream
Savkilioglu et al. The Control of Fluoride Concentration in ETİ Alüminyum Bayer Refinery Liquor