RU2778908C1 - Способ получения топливной соли на основе lif-bef2 для жидкосолевых ядерных реакторов - Google Patents
Способ получения топливной соли на основе lif-bef2 для жидкосолевых ядерных реакторов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2778908C1 RU2778908C1 RU2022101619A RU2022101619A RU2778908C1 RU 2778908 C1 RU2778908 C1 RU 2778908C1 RU 2022101619 A RU2022101619 A RU 2022101619A RU 2022101619 A RU2022101619 A RU 2022101619A RU 2778908 C1 RU2778908 C1 RU 2778908C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- salt
- mixture
- bef
- lif
- tetrafluoroberyllate
- Prior art date
Links
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 title claims abstract description 31
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 229910001633 beryllium fluoride Inorganic materials 0.000 title description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title description 2
- PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M Lithium fluoride Chemical compound [Li+].[F-] PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 41
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 38
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 31
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims abstract description 14
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- -1 beryllium fluorides Chemical class 0.000 abstract description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 238000010926 purge Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 13
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910021397 glassy carbon Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N HF Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000002354 inductively-coupled plasma atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 5
- JZKFIPKXQBZXMW-UHFFFAOYSA-L Beryllium fluoride Chemical compound F[Be]F JZKFIPKXQBZXMW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 229910017855 NH 4 F Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 229910000040 hydrogen fluoride Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 210000004400 Mucous Membrane Anatomy 0.000 description 1
- 231100000614 Poison Toxicity 0.000 description 1
- 210000003491 Skin Anatomy 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 238000001636 atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-O azanium;hydron;hydroxide Chemical compound [NH4+].O VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium(0) Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 229910052904 quartz Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000011833 salt mixture Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано для получения топливной соли на основе фторидов лития и бериллия, предназначенной для введения в контур энергоблока жидкосолевых реакторов. Способ включает использование смеси, содержащей тетрафторбериллат аммония и фторид лития, взятые в количестве, соответствующем эвтектическому составу получаемой соли, нагревают в токе аргона до температуры 230-250°С, выдерживают до полного разложения тетрафторбериллата аммония, затем температуру нагрева смеси поднимают выше температуры плавления Li2BeF4, но не выше 530°С. Далее смесь выдерживают до получения топливной соли, которую охлаждают в токе аргона до комнатной температуры. Технический результат заключается в возможности получения топливной соли для энергоблоков жидкосолевых реакторов без необходимости продувать с избытком газообразный HF.
Description
Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано для получения топливной соли на основе фторидов лития и бериллия, предназначенной для введения в контур энергоблока жидкосолевых реакторов (ЖСР).
Известно, что расплавы на основе фторида лития и фторида бериллия (система LiF-BeF2,) отвечают основным требованиям, предъявляемым к основе топливной соли жидкосолевого реактора. Расплавы представляют собой смесь слабо поглощающих нейтроны расплавленных солей LiF и BeF2, предназначенных для растворения фторидов делящихся и сырьевых материалов. Важным преимуществом расплавов LiF-BeF2 являются невысокие температуры плавления композиций (около 500°С), а также низкое давление насыщенных паров (10 Па при 700°С) (Игнатьев В.В., Фейнберг О.С., Загнитько А.В. и др. Жидкосолевые реакторы: новые возможности, проблемы и решения // Атомная энергия, 2012, т. 112, вып. 3, с. 157-165) [1].
Наиболее перспективным для топливной соли считается расплав 73 мол. % LiF - 27 мол. % BeF2. Известен способ получения топливной соли на основе LiF-BeF2 для жидкосолевого ядерного реактора, включающий плавление смеси солей фторидов лития и бериллия. Для получения топливной соли через расплав смеси этих солей пропускают (барботируют) газообразный HF с использованием газа носителя Н2. (J. Н. Shaffer, "Preparation and Handling of Salt Mixtures for the Molten Salt Reactor Experiment"// ORNL-4616, OakRidgeNationalLaboratory (1971)) [2]. Пропускание HF производят для удаления кислородных примесей по реакции:
Основным недостатком данного способа является выброс в окружающую среду и необходимость улавливания значительного количества ядовитого газа - фтористого водорода, предельно допустимая концентрация которого, в воздухе рабочей зоны составляет 0,0005 мг/л. Применение такого способа потенциально опасно не только для окружающей среды, но и для работников. Фтористый водород способен образовывать аэрозоли с влагой в воздухе (плавиковую кислоту), которые могут конденсироваться на поверхностях оборудования, на коже и слизистых оболочках человека и животных. Появление плавиковой кислоты на поверхности оборудования приводит к повышенной коррозии металлов и выходу из строя изготовленных их них механизмов.
Задачей изобретения является повышение экологической безопасности получения топливной соли для энергоблоков жидкосолевых реакторов.
Для этого предложен способ получения топливной соли на основе LiF-BeF2 для жидкосолевых ядерных реакторов, включающий, как и прототип, плавление смеси солей, содержащей фторид лития. Новый способ отличается тем, что используют смесь, содержащую тетрафторбериллат аммония и фторид лития, взятые в количестве, соответствующему эвтектическому составу получаемой соли, нагревают в токе аргона до температуры 230-250°С, выдерживают в течение времени, достаточного для полного разложения тетрафторбериллата аммония, затем температуру нагрева смеси поднимают выше температуры плавления Li2BeF4, но не выше 530°С и выдерживают при этой температуре до получения топливной соли, которую охлаждают в токе аргона до комнатной температуры.
В основе заявленного способа заложено химическое взаимодействие компонентов смеси по реакции:
Соотношение реагентов по реакции (2) обеспечивает получение расплава 73 мол. % LiF - 27 мол. % BeF2. Ток аргона предназначен для создания конвективных потоков, препятствующих «зарастанию» отверстий газовой системы кристаллами NH4F. В процессе получения соблюдают температурно-временной режим и проводят плавление в две стадии.
Нагрев смеси до температуры 230-250°С с последующей выдержкой в течение времени, достаточного для полного разложения тетрафторбериллата аммония, предусмотрен для расплавления этого компонента и образования в нем суспензии фторида лития. Это обусловлено тем, что реакция (2) является гетерогенной, притом, что эта стадия важна для наиболее полного протекания процесса. Верхний диапазон температуры в 250°С обусловлен активизацией процесса разложения тетрафторбериллата аммония, а нижний в 230°С - температурной его плавления.
На второй стадии температуру повышают выше температуры плавления Li2BeF4 (472°С), но не выше 530°С и выдерживают при этой температуре до получения топливной соли, соответствующей гомогенизации расплава. Верхний диапазон температуры в 530°С обусловлен необходимостью снижения количества Li2BeF4 в возгонах и соответственно с минимизацией потерь полезного продукта.
После проведения второй стадии продукт реакции (2) NH4F кристаллизуется в холодных частях реторты и может быть удален с них механически, например, при помощи скребка. При этом очистка от кислородных примесей по реакции (1) происходит только в минимально необходимом объеме внутри расплава, избыток NH3 улавливается в гидрозатворе и конденсируется на холодных частях ячейки в виде гидрата аммония (жидкость при нормальных условиях) образованного по реакции:
Таким образом, новый технический результат, достигаемый заявленным способом, заключается в возможности получения топливной соли для энергоблоков жидкосолевых реакторов без необходимости продувать с избытком газообразный HF.
Для получения топливной соли использовали тетрафторбериллат аммония (NH4)2BeF4, представляющий собой доступный полупродукт бериллиевых производств. В стеклоуглеродном контейнере смешивали порошки тетрафторбериллата аммония и фторида лития в количественном соотношении, соответствующем эвтектическому составу получаемой топливной соли. Контейнер размещали в кварцевой реторте, снабженной гидрозатвором, которую герметизировали. После чего в реторте создавали атмосферу аргона и его ток, необходимый для создания конвективных потоков, препятствующих «зарастанию» отверстий газовой системы кристаллами NH4F. Результаты экспериментальной проверки изложены в примерах осуществления способа.
Пример 1
Смесь из навесок тетрафторбериллата аммония в количестве 61,23 г и фторида лития в количестве 35,54 г, то есть в весовом соотношении, равным 1,72, размещали в стеклоуглеродном контейнере внутри реторты, затем нагревали в токе аргона до 230°С и выдерживали в течение 2 часов. Затем температуру нагрева смеси поднимали до 482°С и выдерживали в течение 2 часов. Полученный расплав охлаждали в токе аргона до комнатной температуры. Методом рентгенофазового анализа в полученном расплаве обнаружены фазы Li2BeF4 и LiF. Методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой подтверждено, что получен расплав 73 мол. % LiF - 27 мол % BeF2.
Пример 2
Смесь, аналогичную примеру 1, размещали в стеклоуглеродном контейнере внутри реторты, затем нагревали в токе аргона до 250°С и выдерживали в течение 1 часа. Затем температуру нагрева смеси поднимали до 520°С и выдерживали в течение 1 часа. Полученный расплав охлаждали в токе аргона до комнатной температуры. Методом рентгенофазового анализа в полученном расплаве обнаружены фазы Li2BeF4H LiF. Методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой подтверждено, что получен расплав 73 мол. % LiF - 27 мол % BeF2.
Пример 3
Смесь, аналогичную примеру 1, размещали в стеклоуглеродном контейнере внутри реторты, затем нагревали в токе аргона до 240°С и выдерживали в течение 2 часов. Затем температуру нагрева смеси поднимали до 530°С и выдерживали в течение 2 часов. Полученный расплав охлаждали в токе аргона до комнатной температуры. Методом рентгенофазового анализа в полученном расплаве обнаружены фазы Li2BeF4 и LiF. Методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой подтверждено, что получен расплав 73 мол. % LiF - 27 мол % BeF2.
Пример 4
Смесь из навесок тетрафторбериллата аммония в количестве 121,09 г и фторида лития в количестве 70,30 г, то есть в весовом соотношении, равным 1,72, размещали в стеклоуглеродном контейнере внутри реторты, затем нагревали в токе аргона до 230°С и выдерживали в течение 2 часов. Затем температуру нагрева смеси поднимали до 520°С и выдерживали в течение 2 часов. Полученный расплав охлаждали в токе аргона до комнатной температуры. Методом рентгенофазового анализа в полученном расплаве обнаружены фазы Li2BeF4 и LiF. Методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой подтверждено, что получен расплав 73 мол. % LiF - 27 мол % BeF2.
Пример 5
Смесь из навесок тетрафторбериллата аммония в количестве 86,00 г и фторида лития в количестве 52,00, то есть в весовом соотношении, равным 1,72, размещали в стеклоуглеродном контейнере внутри реторты, затем нагревали в токе аргона до 230°С и выдерживали в течение 2 часов. Затем температуру нагрева смеси поднимали до 490°С и выдерживали в течение 2 часов. Полученный расплав охлаждали в токе аргона до комнатной температуры. Методом рентгенофазового анализа в полученном расплаве обнаружены фазы Li2BeF4 и LiF. Методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой подтверждено, что получен расплав 73 мол. % LiF - 27 мол % BeF2.
Пример 6
Смесь из навесок тетрафторбериллата аммония в количестве 73,9 г и фторида лития в количестве 43,00 г, то есть в весовом соотношении, равным 1,72, размещали в стеклоуглеродном контейнере внутри реторты, затем нагревали в токе аргона до 230°С и выдерживали в течение 2 часов. Затем температуру нагрева смеси поднимали до 482°С и выдерживали в течение 2 часов. Полученный расплав охлаждали в токе аргона до комнатной температуры. Методом рентгенофазового анализа в полученном расплаве обнаружены фазы Li2BeF4 и LiF. Методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой подтверждено, что получен расплав мол. % 73 LiF - % BeF2.
Таким образом, без необходимости продувать с избытком газообразный HF, получена топливная соль на основе LiF-BeF2 для энергоблоков жидкосолевых реакторов.
Помимо этого, в отличие от прототипа, топливная соль (NH4)2BeF4 является продуктом, предшествующим получению чистого BeF2, что делает предложенный способ еще более экономически выгодным.
Claims (1)
- Способ получения топливной соли на основе LiF-BeF2 для жидкосолевых ядерных реакторов, включающий плавление смеси солей, содержащей фторид лития, отличающийся тем, что используют смесь, содержащую тетрафторбериллат аммония и фторид лития, взятые в количестве, соответствующем эвтектическому составу получаемой соли, нагревают в токе аргона до температуры 230-250°С, выдерживают в течение времени, достаточного для полного разложения тетрафторбериллата аммония, затем температуру нагрева смеси поднимают выше температуры плавления Li2BeF4, но не выше 530°С и выдерживают до получения топливной соли, которую охлаждают в токе аргона до комнатной температуры.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2778908C1 true RU2778908C1 (ru) | 2022-08-29 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1746827A1 (ru) * | 1991-01-09 | 1997-02-10 | Научно-исследовательский институт атомных реакторов им.В.И.Ленина | Способ переработки облученного уран-плутониевого топлива |
| JP2001133572A (ja) * | 1999-10-29 | 2001-05-18 | Toshiba Corp | 溶融塩炉 |
| WO2014128457A1 (en) * | 2013-02-25 | 2014-08-28 | Ian Richard Scott | A practical molten salt fission reactor |
| US20140254740A1 (en) * | 2012-12-28 | 2014-09-11 | Global Nuclear Fuel - Americas, Llc | Fuel rods with wear-inhibiting coatings and methods of making the same |
| RU2709966C2 (ru) * | 2014-12-29 | 2019-12-25 | ТерраПауэр, ЭлЭлСи | Ядерное реакторное устройство для выработки энергии из ядерной реакции |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1746827A1 (ru) * | 1991-01-09 | 1997-02-10 | Научно-исследовательский институт атомных реакторов им.В.И.Ленина | Способ переработки облученного уран-плутониевого топлива |
| JP2001133572A (ja) * | 1999-10-29 | 2001-05-18 | Toshiba Corp | 溶融塩炉 |
| US20140254740A1 (en) * | 2012-12-28 | 2014-09-11 | Global Nuclear Fuel - Americas, Llc | Fuel rods with wear-inhibiting coatings and methods of making the same |
| WO2014128457A1 (en) * | 2013-02-25 | 2014-08-28 | Ian Richard Scott | A practical molten salt fission reactor |
| RU2709966C2 (ru) * | 2014-12-29 | 2019-12-25 | ТерраПауэр, ЭлЭлСи | Ядерное реакторное устройство для выработки энергии из ядерной реакции |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| J. Н. Shaffer, "Preparation and Handling of Salt Mixtures for the Molten Salt Reactor Experiment" // ORNL-4616, OakRidgeNationalLaboratory (1971). Игнатьев и др. Жидкосолевые реакторы: новые возможности, проблемы и решения // Атомная энергия, 2012, т. 112, вып. 3, с. 157-165. * |
| Merle-Lucotte E., Delpech S., Renoult C. e.a. Optimizing the burning efficiency and the deployment capacities of the molten salt fast reactor. — In: Proc. of Global’09. Paris, France, 6—11 September, 2009, p. 1865—1872. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gunn et al. | The Heats of Formation at 25° of the Crystalline Hydrides and Deuterides and Aqueous Hydroxides of Lithium, Sodium and Potassium1 | |
| EP1874684B1 (en) | A method for preparing carbon nitride c3n4 | |
| Warf et al. | Solutions of europium and ytterbium metals in liquid ammonia | |
| JP2016530196A (ja) | ハイドロジェンビス（フルオロスルホニル）イミドの合成 | |
| US20220204353A1 (en) | Method for Synthesizing Ammonia, and Apparatus for Said Method | |
| RU2778908C1 (ru) | Способ получения топливной соли на основе lif-bef2 для жидкосолевых ядерных реакторов | |
| JP2018131351A (ja) | 大気中ｃｏ２を回収して炭素を分離する方法 | |
| US8377416B2 (en) | Method for releasing hydrogen from ammonia borane | |
| Moulton et al. | The Formation and Decomposition of Trichloromonogermane and Germanium Dichloride1 | |
| ES2388463T3 (es) | Procedimiento de reciclado de tetrafluoruro de zirconio en zirconia | |
| Devlin et al. | Thermal decomposition and dehydration of sodium perchlorate monohydrate | |
| Moody et al. | Alkali metal nitrides | |
| Xie et al. | Study on the mechanism of deoxidization and purification for Li2BeF4 molten salt via graphite nanoparticles | |
| Knausenberger et al. | Preparation and phase studies of titanium phosphides | |
| Nolting et al. | Preparation and properties of high purity yttrium metal | |
| US3084025A (en) | Process for preparing chlorodi-fluoromaine | |
| US4237105A (en) | Thermochemical cyclic system for splitting water and/or carbon dioxide by means of cerium compounds and reactions useful therein | |
| US3192016A (en) | Xenon hexafluoride and method of making | |
| Markowitz et al. | THE DIFFERENTIAL THERMAL ANALYSIS OF PERCHLORATES. V. THE SYSTEM LiClO4—KClO4 | |
| RU2781870C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОЛЕВОЙ КОМПОЗИЦИИ НА ОСНОВЕ LiF-BeF2 | |
| Johnston et al. | Efficiency of the electrolytic separation of chlorine isotopes | |
| RU2777321C1 (ru) | Способ получения безводного трифторида плутония | |
| Farber | The development of metal hydride chemistry | |
| Morrow et al. | The Reaction of Xenon with Dioxygen Difluoride. A New Method for the Synthesis of Xenon Difluoride | |
| Stowe et al. | Synthesis of a potential semiconductor neutron detector crystal LiGa (Se/Te) 2: Materials purity and compatibility effects |