RU2538890C1 - Method of separating zirconium and hafnium tetrachlorides by extractive rectification - Google Patents
Method of separating zirconium and hafnium tetrachlorides by extractive rectification Download PDFInfo
- Publication number
- RU2538890C1 RU2538890C1 RU2013141060/05A RU2013141060A RU2538890C1 RU 2538890 C1 RU2538890 C1 RU 2538890C1 RU 2013141060/05 A RU2013141060/05 A RU 2013141060/05A RU 2013141060 A RU2013141060 A RU 2013141060A RU 2538890 C1 RU2538890 C1 RU 2538890C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- zirconium
- hafnium
- melt
- tetrachlorides
- mixture
- Prior art date
Links
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к химической технологии получения высокочистых соединений циркония и гафния, а именно к способам разделения циркония и гафния из смеси их тетрахлоридов экстрактивной ректификацией. Изобретение может быть использовано в производстве ядерночистого циркония и гафния для нужд атомной энергетики.The invention relates to chemical technology for the production of high-purity compounds of zirconium and hafnium, and in particular to methods for the separation of zirconium and hafnium from a mixture of their tetrachlorides by extractive distillation. The invention can be used in the production of nuclear zirconium and hafnium for the needs of nuclear energy.
Разделение тетрахлоридов циркония и гафния из смеси их тетрахлоридов осуществляется экстрактивной ректификацией при практически нормальном (атмосферном) давлении. В этом случае разделение хлоридов происходит на фоне легкоплавкого и малолетучего экстрагента-носителя. При выборе экстрагентов-носителей предпочтение отдается тому, который характеризуется низкой температурой плавления, низкой коррозионной активностью, наибольшей относительной летучестью хлоридов гафния и циркония над ним, наибольшей гомогенностью расплава в широком диапазоне концентраций растворенного в нем Zr(Hf)Cl4. Разделение хлоридов оценивается по коэффициенту относительной летучести тетрахлоридов гафния и циркония (коэффициенту разделения) при их однократном испарении из расплава Zr(Hf)Cl4-экстрагент-носитель.Separation of zirconium and hafnium tetrachlorides from a mixture of their tetrachlorides is carried out by extractive distillation at almost normal (atmospheric) pressure. In this case, the separation of chlorides occurs against the background of a low-melting and low-volatile carrier extractant. When choosing carrier extractants, preference is given to that which is characterized by a low melting point, low corrosivity, the highest relative volatility of hafnium and zirconium chlorides over it, the greatest homogeneity of the melt in a wide range of concentrations of Zr (Hf) Cl 4 dissolved in it. The separation of chlorides is estimated by the relative volatility coefficient of hafnium and zirconium tetrachlorides (separation coefficient) upon their single evaporation from a Zr (Hf) Cl 4 carrier extractant melt.
Известен способ разделения хлоридов циркония и гафния в расплаве хлорферратов щелочных металлов [патент Франция №2250707, 1975]. Существенным недостатком этих экстрагентов-носителей является их чрезвычайно высокая коррозионная активность и невозможность подобрать конструкционные материалы, достаточно устойчивые в этой среде.A known method of separation of zirconium and hafnium chlorides in a melt of alkali metal chloroferrates [French patent No. 2250707, 1975]. A significant drawback of these extractant carriers is their extremely high corrosion activity and the inability to choose structural materials that are sufficiently stable in this environment.
Известен способ разделения хлоридов циркония и гафния в расплаве K2ZrCl6-Na2ZrCl6 при мольном соотношении Na:K=8:29 [Kim J.D., Spink D.R. "J. Chem. Eng. Data", 1975, v.19, No 1, p.36-42.]. Коэффициент разделения хлоридов циркония и гафния достаточно высок и составляет 1,7. Недостатком этого экстрагента-носителя является узкая область гомогенности расплава K(Na)ZrCl6-Zr(Hf)Cl4. Расплав гомогенный при содержании в нем Zr(Hf)Cl4 60-70%. Такую точную концентрацию тетрахлоридов циркония (гафния) в расплаве сложно поддерживать постоянной, возможны ее отклонения, приводящие к образованию осадков и ухудшению процесса разделения хлоридов.A known method for the separation of zirconium and hafnium chlorides in a melt K 2 ZrCl 6 -Na 2 ZrCl 6 with a molar ratio of Na: K = 8: 29 [Kim JD, Spink DR "J. Chem. Eng. Data", 1975, v.19, No 1, p. 36-42.]. The separation coefficient of zirconium and hafnium chlorides is quite high and amounts to 1.7. The disadvantage of this extractant carrier is a narrow region of homogeneity of the melt K (Na) ZrCl 6 -Zr (Hf) Cl 4 . The melt is homogeneous with a Zr (Hf) Cl 4 content of 60-70%. It is difficult to maintain such an exact concentration of zirconium (hafnium) tetrachlorides in the melt, its deviations are possible, leading to the formation of precipitation and worsening of the chloride separation process.
Наибольшей популярностью среди экстрагентов-носителей для ректификационного разделения тетрахлоридов циркония и гафния пользуется комплексный хлоралюминат калия. На практике обычно применяют не чистое соединение, а его эвтектическую смесь с КСl (мольное соотношение компонентов АlСl3:KСl=1:1.04), расположенную достаточно близко к самому соединению.The most popular among carrier extractants for the distillation separation of zirconium and hafnium tetrachlorides is complex potassium chloraluminate. In practice, it is usually not a pure compound that is used, but its eutectic mixture with KCl (molar ratio of components AlCl 3 : KCl = 1: 1.04), located quite close to the compound itself.
Известна работа [R.P. Tangri, D.K. Bose, С.К. Gupta Vapor Pressure of ZrCl4 and HfCl4 over Melt Systems КСl-АlСl3 (1:1.04 mol)+ZrCl4 and КСl+АlСl3 (1:1.04 mol)+HfCl4 / J. Chem. Eng. Data, 1995, No 40, pp. 23-827], в которой в качестве экстрагента-носителя используется расплав КСl-АlСl3 (1:1,04 mol). В этой работе изучено давление паров тетрахлорида гафния над расплавом HfCl4-КСl-АlСl3 и паров тетрахлорида циркония над расплавом ZrCl4-КСl-АlСl3. Показано, что давление паров HfCl4 в 1,5 раза выше, чем паров ZrCl4 в интервале молярных концентраций тетрахлорида циркония и тетрахлорида гафния (16,5-30 масс. %) в расплаве, в интервале температур 212-354°С. Однако в этой работе не было изучено разделение тетрахлоридов циркония и гафния из смеси их хлоридов.Known work [RP Tangri, DK Bose, S.K. Gupta Vapor Pressure of ZrCl 4 and HfCl 4 over Melt Systems KCl-AlCl 3 (1: 1.04 mol) + ZrCl 4 and KCl + Al 3 (1: 1.04 mol) + HfCl 4 / J. Chem. Eng. Data, 1995, No. 40, pp. 23-827], in which KCl-AlCl 3 melt (1: 1.04 mol) is used as the carrier extractant. In this work, the vapor pressure of hafnium tetrachloride over a melt of HfCl 4 -Cl-AlCl 3 and the vapor of zirconium tetrachloride over a melt of ZrCl 4 -Cl-AlCl 3 was studied. It was shown that the vapor pressure of HfCl 4 is 1.5 times higher than the vapor of ZrCl 4 in the molar concentration range of zirconium tetrachloride and hafnium tetrachloride (16.5-30 wt.%) In the melt, in the temperature range 212-354 ° С. However, the separation of zirconium and hafnium tetrachlorides from a mixture of their chlorides was not studied in this work.
В работе, выбранной за прототип [L.A. Niselson, A.A. Egorov, E.L. Chuvilina, O.A. Arzhatkina /Solid-Liquid and Liquid-Vapor Equilibria in the Zr(Hf)Cl4-KAlCl4 Systems: A Basis for the Extractive Distillation Separation of Zirconium and Hafnium Tetrachlorides/; J. Chem. Eng. Data, 2009, 54 (3), pp. 26-729], изучено разделение тетрахлоридов циркония и гафния из смеси их хлоридов над расплавом КСl-АlСl3 (1:1,04 mol). В этой работе была использована эвтектическая смесь КСl-АlСl3 (1:1,04 mol) с 36 масс. % смеси ZrCl4 + 1,4% HfCl4 при ~450°С.In the work chosen for the prototype [LA Niselson, AA Egorov, EL Chuvilina, OA Arzhatkina / Solid-Liquid and Liquid-Vapor Equilibria in the Zr (Hf) Cl 4 -KAlCl 4 Systems: A Basis for the Extractive Distillation Separation of Zirconium and Hafnium Tetrachlorides /; J. Chem. Eng. Data, 2009, 54 (3), pp. 26-729], the separation of zirconium and hafnium tetrachlorides from a mixture of their chlorides over a KCl-AlCl 3 melt (1: 1.04 mol) was studied. In this work, a eutectic mixture KCl-AlCl 3 (1: 1.04 mol) with 36 wt. % mixture of ZrCl 4 + 1.4% HfCl 4 at ~ 450 ° C.
Показано, что относительная летучесть паров тетрахлорида гафния и циркония составляет αHfCl4/ZrCl4=1,29±0,04 над расплавом КСl-АlСl3 (1:1,04 mol). Недостатком является низкая относительная летучесть хлоридов циркония и гафния над расплавом КСl-АlСl3 (1:1,04 mol) при разделении тетрахлоридов циркония и гафния из смеси их хлоридов.The relative volatility of the vapor of hafnium and zirconium tetrachloride was shown to be α HfCl4 / ZrCl4 = 1.29 ± 0.04 over the KCl-AlCl 3 melt (1: 1.04 mol). The disadvantage is the low relative volatility of zirconium and hafnium chlorides over the KCl-AlCl 3 melt (1: 1.04 mol) during the separation of zirconium and hafnium tetrachlorides from a mixture of their chlorides.
Техническим результатом заявленного изобретения является увеличение относительной летучести хлоридов циркония и гафния при разделении тетрахлоридов циркония и гафния из смеси их хлоридов экстрактивной ректификацией.The technical result of the claimed invention is to increase the relative volatility of zirconium and hafnium chlorides upon separation of zirconium and hafnium tetrachlorides from a mixture of their chlorides by extractive distillation.
Технический результат достигается тем, что в способе разделения хлоридов гафния и циркония экстрактивной ректификацией, включающем шихтование экстрагента-носителя со смесью ZrCl4+HfCl4, сплавление шихты с получением однородного расплава, испарение тетрахлоридов циркония и гафния при температуре 320°С или 450°С и конденсацию паров, обогащенных гафнием, в виде сублимата, в качестве экстрагента-носителя используют LiCl-АlСl3.The technical result is achieved by the fact that in the method for separating hafnium and zirconium chlorides by extractive distillation, which includes charging the extractant carrier with a mixture of ZrCl 4 + HfCl 4 , fusing the mixture to obtain a uniform melt, evaporating zirconium and hafnium tetrachlorides at a temperature of 320 ° C or 450 ° C and condensation of vapors enriched with hafnium in the form of a sublimate, LiCl-AlCl 3 is used as the carrier extractant.
Сущность изобретения заключается в том, что найдено влияние типа экстрагента-носителя на относительную летучесть хлоридов циркония и гафния при их разделении экстрактивной ректификацией при 320°С или 450°С. Экспериментально определены содержание смеси тетрахлоридов циркония и гафния в плаве Zr(Hf)Cl4-LiCl-АlСl3 и температура процесса, при которых относительная летучесть хлоридов гафния и циркония составляет 1,5 и более.The essence of the invention lies in the fact that found the influence of the type of extractant carrier on the relative volatility of zirconium and hafnium chlorides when they are separated by extractive distillation at 320 ° C or 450 ° C. The content of a mixture of zirconium and hafnium tetrachlorides in the Zr (Hf) Cl 4 -LiCl-AlCl 3 melt and the process temperature at which the relative volatility of hafnium and zirconium chlorides is 1.5 or more are experimentally determined.
Заявленное изобретение иллюстрируется примерами.The claimed invention is illustrated by examples.
Пример 1 (прототип)Example 1 (prototype)
В кварцевую ампулу помещали 100-120 г шихты, содержащей КСl-АlСl3 и смесь ZrCl4+1,4 масс. % HfCl4, взятую в количестве 36 масс. % от веса получаемой шихты. Далее ампулу запаивали под вакуумом и помещали в трубчатую печь. Проводили сплавление шихты с получением однородного плава.100-120 g of a mixture containing KCl-AlCl 3 and a mixture of ZrCl 4 + 1.4 mass were placed in a quartz ampoule. % HfCl 4 taken in the amount of 36 wt. % of the weight of the obtained mixture. Next, the ampoule was sealed under vacuum and placed in a tube furnace. The mixture was fused to obtain a uniform melt.
Далее 5-6 г полученного плава помещали в кварцевую ампулу, которую запаивали под вакуумом и помещали вертикально в трубчатую печь. Проводили расплавление плава в ампуле при 450°С. При этой температуре давление пара тетрахлорида циркония достигает атмосферного. В нижней части ампулы находился расплав Zr(Hf)Cl4-КСl-АlСl3. В верхней части - насыщенные пары тетрахлоридов циркония (гафния). Затем ампулу перемещали вверх в печи так, чтобы верхняя головная часть ампулы оказалась в холодной зоне. Время конденсации паров тетрахлорида циркония (гафния) в головной части ампулы составляло 20-30 мин. После окончания опыта головная часть ампулы, содержащая сублимат в количестве 0,15-0,4 г, отсоединялась от основной части ампулы. Сублимат тетрахлоридов и плав из нижней части ампулы подвергались химическому анализу на содержание гафния и циркония. Для этой цели навески растворяли в соляной кислоте (1-2% НСl), и в них определяли отношение Hf/Zr. Анализ выполнялся методом атомно-электронной спектроскопии индуктивно связанной плазмы (АЭСИСП) на приборе VISTA PRO фирмы VARION. Относительную летучесть хлоридов циркония и гафния рассчитывали по формуле α=(Hfсубл/Zrсубл)/(Hfплав/Zrплав), гдеNext, 5-6 g of the obtained melt was placed in a quartz ampoule, which was sealed under vacuum and placed vertically in a tube furnace. The melt was melted in an ampoule at 450 ° C. At this temperature, the vapor pressure of zirconium tetrachloride reaches atmospheric. In the lower part of the ampoule was a melt of Zr (Hf) Cl 4 -CL-AlCl 3 . In the upper part are saturated pairs of zirconium tetrachlorides (hafnium). Then the ampoule was moved up in the furnace so that the upper head of the ampoule was in the cold zone. The condensation time of the vapors of zirconium tetrachloride (hafnium) in the head of the ampoule was 20-30 minutes. After the end of the experiment, the head of the ampoule containing sublimate in the amount of 0.15-0.4 g was disconnected from the main part of the ampoule. The sublimate tetrachlorides and the melt from the lower part of the ampoule were subjected to chemical analysis for the content of hafnium and zirconium. For this purpose, weighed samples were dissolved in hydrochloric acid (1-2% Hcl), and the Hf / Zr ratio was determined in them. The analysis was performed by the method of atomic electron spectroscopy of inductively coupled plasma (AESIS) on a VISTA PRO instrument from VARION. The relative volatility of zirconium and hafnium chlorides calculated by the formula α = (Hf subl / Zr subl) / (Hf melting / Zr melting), where
Hfсубл - концентрация гафния в сублимате (испаренном тетрахлориде), масс. %;Hf subl - concentration of hafnium in sublimate (evaporated tetrachloride), mass. %;
Zrсубл - концентрация циркония в сублимате (испаренном тетрахлориде), масс. %;Zr subl - concentration of zirconium in sublimate (evaporated tetrachloride), mass. %;
Hfрасп - концентрация гафния в плаве, масс. %;Hf rasp - concentration of hafnium in the melt, mass. %;
Zrрасп - концентрация циркония в плаве, масс. %.Zr rasp - concentration of zirconium in the melt, mass. %
Из результатов шести независимых определений получено значение αHfCl4/ZrCl4=1,29±0,04.From the results of six independent determinations, the value α HfCl4 / ZrCl4 = 1.29 ± 0.04 was obtained.
Пример 2Example 2
Условия опыта аналогичны условиям, изложенным в примере 1, только в качестве экстрагента-носителя использовали LiCl-AlCl3 (1:1 mol). Результаты опытов представлены в таблице 1.The experimental conditions are similar to those described in example 1, only LiCl-AlCl 3 (1: 1 mol) was used as the carrier extractant. The results of the experiments are presented in table 1.
Из результатов шести независимых определений получено значение αHfCl4/ZrCl4=1,52±0,02, то есть больше, чем в примере 1.From the results of six independent determinations, the value α HfCl4 / ZrCl4 = 1.52 ± 0.02, that is, more than in example 1, was obtained.
Пример 3Example 3
Условия опыта аналогичны условиям, изложенным в примере 2, только испарение из расплава тетрахлоридов циркония и гафния осуществляли при температуре 320°С.The experimental conditions are similar to the conditions described in example 2, only evaporation from the melt of zirconium and hafnium tetrachlorides was carried out at a temperature of 320 ° C.
Результаты опытов представлены в таблице 2.The results of the experiments are presented in table 2.
Из результатов шести независимых определений получено значение αHfCl4/ZrCl4=2,04±0,03, то есть больше, чем в примере 2.From the results of six independent determinations, the value α HfCl4 / ZrCl4 = 2.04 ± 0.03, that is, more than in Example 2, was obtained.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013141060/05A RU2538890C1 (en) | 2013-09-06 | 2013-09-06 | Method of separating zirconium and hafnium tetrachlorides by extractive rectification |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013141060/05A RU2538890C1 (en) | 2013-09-06 | 2013-09-06 | Method of separating zirconium and hafnium tetrachlorides by extractive rectification |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2538890C1 true RU2538890C1 (en) | 2015-01-10 |
Family
ID=53288216
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013141060/05A RU2538890C1 (en) | 2013-09-06 | 2013-09-06 | Method of separating zirconium and hafnium tetrachlorides by extractive rectification |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2538890C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2543162A1 (en) * | 1983-03-24 | 1984-09-28 | Cezus Co Europ Zirconium | PROCESS FOR SEPARATING ZRCL4 FROM HFCL4 BY EXTRACTIVE DISTILLATION FOR REMOVING ALUMINUM FROM THE SOLVENT |
US4874475A (en) * | 1988-09-12 | 1989-10-17 | Westinghouse Electric Corp. | Molten salt extractive distillation process for zirconium-hafnium separation |
EA005595B1 (en) * | 2001-04-18 | 2005-04-28 | Компани Еропеен Дю Зиркониум Сезюс | Method for separating zirconium and hafnium tetrachloride with the aid of a melted solvent |
-
2013
- 2013-09-06 RU RU2013141060/05A patent/RU2538890C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2543162A1 (en) * | 1983-03-24 | 1984-09-28 | Cezus Co Europ Zirconium | PROCESS FOR SEPARATING ZRCL4 FROM HFCL4 BY EXTRACTIVE DISTILLATION FOR REMOVING ALUMINUM FROM THE SOLVENT |
US4874475A (en) * | 1988-09-12 | 1989-10-17 | Westinghouse Electric Corp. | Molten salt extractive distillation process for zirconium-hafnium separation |
EA005595B1 (en) * | 2001-04-18 | 2005-04-28 | Компани Еропеен Дю Зиркониум Сезюс | Method for separating zirconium and hafnium tetrachloride with the aid of a melted solvent |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
TANGRI R.P., BOSE D.K., GUPTA C.K. Vapor Pressure of ZrCl4 and HfCl4 over Melt Systems KCl+AlCl3 (1:1.04 mol)+ZrCl4 and KCl+AlCl3 (1:1.04 mol)+HfCl4, J. Chem. Eng. Data, 1995, N 40, pp.823-827. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
MX358513B (en) | High purity e-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene and methods of making the same. | |
ES2698622T3 (en) | Method of pyrometallurgical separation of a mixture of zirconium dioxide / hafnium oxide | |
RU2538890C1 (en) | Method of separating zirconium and hafnium tetrachlorides by extractive rectification | |
US4272502A (en) | Process for preparing gaseous hydrogen chloride from dilute aqueous hydrochloric acid | |
EP3133056B1 (en) | Production method of fatty acid chloride and fatty acid chloride | |
US3130010A (en) | Process for production of high purity cesium metal and cesium compounds | |
US2539679A (en) | Purification of thionyl chloride | |
Tsygankova et al. | ICP-AES analysis of high purity bismuth oxide | |
Brekhovskikh et al. | Synthesis and ultrapurification of tin diiodide | |
US3658657A (en) | Separation and recovery of 1,1,1-trichloroethane by extractive distillation | |
US2463396A (en) | Distillation of titanium tetrachloride | |
JP6562379B2 (en) | Method for producing fatty acid chloride | |
JP2015224218A (en) | Production method of perfluoroalkylperfluoroalkane sulfonate | |
US4857155A (en) | Process of separation of hafnium from zirconium by molten salt electrolysis | |
US11807546B2 (en) | Process for producing radioactive dry Sn-117M tetraiodide radiochemical | |
RU2610494C1 (en) | Molybdenum trioxide purification method | |
US2508775A (en) | Purification of titanium halides | |
KR960000647B1 (en) | Zirconium separation using solvent extraction | |
ES2577410T3 (en) | Procedure for separating monochloroacetic acid and dichloroacetic acid by extractive distillation, using an organic solvent | |
RU2027673C1 (en) | Method of separation of zirconium from iron | |
US3349123A (en) | Stabilization of nitrophenyl acyl halides | |
Eisentraut et al. | Beryllium and chromium abundances in Fra Mauro and Hadley-Apennine lunar samples | |
US2950232A (en) | Recovery of tetrahydrofuran | |
GB220358A (en) | A process of separating zirconium and hafnium | |
CN105237331B (en) | The method simultaneously preparing trichlorine five fluorine cyclopentenes isomerss |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170907 |