RU2788155C1 - Device for preparation, purification and research of physical and chemical properties of melts of alkali metal halide - Google Patents
Device for preparation, purification and research of physical and chemical properties of melts of alkali metal halide Download PDFInfo
- Publication number
- RU2788155C1 RU2788155C1 RU2022113456A RU2022113456A RU2788155C1 RU 2788155 C1 RU2788155 C1 RU 2788155C1 RU 2022113456 A RU2022113456 A RU 2022113456A RU 2022113456 A RU2022113456 A RU 2022113456A RU 2788155 C1 RU2788155 C1 RU 2788155C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- container
- alkali metal
- metal halide
- melts
- purification
- Prior art date
Links
- 239000000155 melt Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 229910001508 alkali metal halide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 10
- 150000008045 alkali metal halides Chemical class 0.000 title claims abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 title abstract description 10
- 238000000746 purification Methods 0.000 title description 7
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 title description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 231100000078 corrosive Toxicity 0.000 abstract description 4
- 231100001010 corrosive Toxicity 0.000 abstract description 4
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 12
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 11
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 238000004857 zone melting Methods 0.000 description 5
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- 229910052904 quartz Inorganic materials 0.000 description 3
- HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M Lithium iodide Chemical compound [Li+].[I-] HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910001515 alkali metal fluoride Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- -1 halide salt Chemical class 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009283 thermal hydrolysis Methods 0.000 description 2
- 239000010963 304 stainless steel Substances 0.000 description 1
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L MgCl2 Chemical class [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000589 SAE 304 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- GPGMRSSBVJNWRA-UHFFFAOYSA-L chloride;fluoride Chemical compound [F-].[Cl-] GPGMRSSBVJNWRA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000012611 container material Substances 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 229910021397 glassy carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 235000011147 magnesium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 239000011833 salt mixture Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электрохимическим технологиям и может быть использовано при исследованиях физико-химических свойств расплавов галогенидов щелочных металлов в целях оценки их коррозионного действия на материал используемого оборудования. The invention relates to electrochemical technologies and can be used in the study of physicochemical properties of alkali metal halide melts in order to assess their corrosive effect on the material of the equipment used.
Для современных электрохимических технологий необходим подбор материалов с высокой химической устойчивостью в агрессивных расплавленных галогенидах щелочных металлов, включая фториды щелочных металлов, чрезвычайно подверженные термическому гидролизу.Modern electrochemical technologies require the selection of materials with high chemical resistance in aggressive molten alkali metal halides, including alkali metal fluorides, which are extremely susceptible to thermal hydrolysis.
Исследование физико-химических свойств галогенидных расплавов, оценка их коррозионного действия на материал контейнеров всегда сопряжены с оценкой чистоты солевых композиций. Кислородсодержащие примеси, следы влаги, наличие многозарядных катионов – все это факторы, влияющие на показатели скорости коррозии. Традиционно тщательная очистка солей проводится на предварительном этапе эксперимента, после чего солевая композиция очищается. Одним из наиболее эффективных способов получения особо чистых веществ является зонная плавка или зонная перекристаллизация, которая базируется на различии в растворимости примеси в жидкой и твердой фазах очищаемого вещества (Шишкин, В.Ю. Митяев В.С. Очистка галогенидов щелочных металлов методом зонной плавки // Известия АН СССР. Неорганические материалы. – 1982. – №11. – C. 1917–1918). The study of the physicochemical properties of halide melts, the assessment of their corrosive effect on the container material is always associated with an assessment of the purity of salt compositions. Oxygen-containing impurities, traces of moisture, the presence of multiply charged cations are all factors that affect the corrosion rate. Traditionally, a thorough purification of salts is carried out at the preliminary stage of the experiment, after which the salt composition is purified. One of the most effective ways to obtain highly pure substances is zone melting or zone recrystallization, which is based on the difference in the solubility of impurities in the liquid and solid phases of the purified substance (Shishkin, V.Yu. Mityaev V.S. Purification of alkali metal halides by zone melting / / Proceedings of the Academy of Sciences of the USSR. Inorganic materials. - 1982. - No. 11. - C. 1917-1918).
Согласно этому способу, лодочку, загруженную предварительно переплавленной солью, помещали в кварцевую трубку, которую вакуумировали и заполняли инертным газом. Зонную плавку осуществляли посредством печи сопротивления, перемещающейся по кварцевой трубке, наклоненной под углом 1 градус к горизонту, чтобы предотвратить переливание расплавленной соли через край лодочки после нескольких проходов печи. В зависимости от температуры плавления галогенида, ширина расплавленной зоны составляла 1-2 см при ширине лодочки 2,3 см и длине 20-30см. Зонную плавку проводили в точке инертного газа, очищенного от следов кислорода и влаги. Оптимальная скорость перемещения печи вдоль кварцевой трубки составляла 2,5×10-2 мм/с. В качестве материала лодочки использовали стеклоуглерод, молибденовую и никелевую фольгу, тонкостенные трубы из нержавеющей стали 1Х19Н10Т. Получены бесцветные кристаллы галогенидов щелочных металлов, практически свободных от оксидов и гидроксидов соответствующих щелочных металлов и нерастворимых примесей. Для хорошей очистки всех солей, за исключением иодида лития, от продуктов их гидролиза, требуются два-три прохода. Очистка галогенидной соли зонной плавкой предполагает отделение загрязненной «хвостовой» части и использование очищенной соли в дальнейших исследованиях. According to this method, a boat loaded with pre-melted salt was placed in a quartz tube, which was evacuated and filled with an inert gas. Zone melting was carried out by means of a resistance furnace moving along a quartz tube inclined at an angle of 1 degree to the horizon to prevent the molten salt from overflowing over the edge of the boat after several passes of the furnace. Depending on the melting temperature of the halide, the width of the melted zone was 1-2 cm with a boat width of 2.3 cm and a length of 20-30 cm. Zone melting was carried out at the point of inert gas, purified from traces of oxygen and moisture. The optimal speed of movement of the furnace along the quartz tube was 2.5×10 -2 mm/s. Glassy carbon, molybdenum and nickel foil, thin-walled stainless steel pipes 1Kh19N10T were used as the boat material. Colorless crystals of alkali metal halides practically free of oxides and hydroxides of the corresponding alkali metals and insoluble impurities have been obtained. For a good purification of all salts, with the exception of lithium iodide, from the products of their hydrolysis, two or three passes are required. Purification of the halide salt by zone melting involves the separation of the contaminated "tail" part and the use of purified salt in further research.
Современные методы подготовки солей к различным высокотемпературным электрохимическим и физико-химическим исследованиям также предполагают перемещение очищенного солевого электролита в специальную установку для проведения исследований, в том числе коррозионных. Компетентная оценка скорости коррозии материалов предполагает, что эксперименты проводятся в одинаковых условиях. Большое расхождение в результатах, опубликованных в ряде отечественных и зарубежных статей, в значительной мере связано с отсутствием единого стандарта проведения коррозионных испытаний. В значительной степени значения величин коррозионных характеристик определяются материалом конструкционных материалов, контактирующих с расплавом. Это может быть металл, кварцевое стекло, оксид магния и т.д. При этом унифицированных ячеек для проведения коррозионных высокотемпературных исследований физико-химических свойств галогенидных расплавов, включая фториды щелочных металлов, чрезвычайно подверженных термическому гидролизу, оценки их коррозионного действия на материал контейнеров материалов, не существует. Modern methods of preparing salts for various high-temperature electrochemical and physical-chemical studies also involve moving the purified salt electrolyte to a special facility for conducting studies, including corrosion studies. A competent assessment of the corrosion rate of materials assumes that the experiments are carried out under the same conditions. The large discrepancy in the results published in a number of domestic and foreign articles is largely due to the lack of a unified standard for corrosion testing. To a large extent, the values of the corrosion characteristics are determined by the material of the structural materials in contact with the melt. It can be metal, quartz glass, magnesium oxide, etc. At the same time, there are no unified cells for conducting high-temperature corrosion studies of the physicochemical properties of halide melts, including alkali metal fluorides, which are extremely susceptible to thermal hydrolysis, and there are no assessments of their corrosive effect on the material of containers of materials.
Задача настоящего изобретения заключается в расширении экспериментальной базы для исследований физико-химических свойств галогенидных расплавов, используемых в электрохимических технологиях.The objective of the present invention is to expand the experimental base for studying the physicochemical properties of halide melts used in electrochemical technologies.
Для этого предложено устройство для приготовления, очистки и исследований физико-химических свойств расплавов галогенидов щелочных металлов, содержащее разъемный контейнер, нижняя часть которого предназначена под нагреваемый тигель с компонентами для получения расплава, а верхняя выполнена с возможностью пазового соединения с нижней частью и жестко связана с комплектом вертикальных труб, встроенных внутрь верхней части контейнера и зафиксированных друг относительно друга по высоте параллельными поперечными дисками, закрывающимися съемными герметичными крышками. For this, a device for preparing, purifying and studying the physicochemical properties of alkali metal halide melts is proposed, containing a detachable container, the lower part of which is intended for a heated crucible with components for melt production, and the upper part is made with the possibility of groove connection with the lower part and is rigidly connected to a set of vertical pipes built into the upper part of the container and fixed relative to each other in height by parallel transverse disks, closed with removable sealed lids.
В нагреваемом тигле с компонентами для получения расплава, помещенного в нижнюю часть контейнера, закрытую верхней частью контейнера со встроенным внутрь верхней части контейнера, жестко зафиксированным комплектом вертикальных труб, возможно приготовить солевую композицию, очистить ее электрохимическими методами и далее проводить последующие физико-химические или электрохимические исследования, в том числе по изучению коррозионного поведения металлических материалов в полученном очищенном расплаве. Через вертикальные трубы, с которыми жестко связан подвижный контейнер, все возгоны и газы, отходящие от электролита, изолируются от контейнера, в котором проводятся операции высокотемпературного физико-химического эксперимента, и могут быть в дальнейшем проанализированы для составления полного материального баланса процесса. Работа устройства не требует дополнительных операций разгрузки-загрузки и характеризуется отсутствием контакта с атмосферой. Устройств, которые можно использовать как для приготовления расплавов галогенидов щелочных металлов, так и для их очистки и последующих исследований физико-химических свойств, в уровне техники не обнаружено.In a heated crucible with components for obtaining a melt, placed in the lower part of the container, closed by the upper part of the container with a rigidly fixed set of vertical pipes built into the upper part of the container, it is possible to prepare a salt composition, purify it by electrochemical methods, and then carry out subsequent physicochemical or electrochemical research, including the study of the corrosion behavior of metallic materials in the resulting purified melt. Through vertical pipes with which the movable container is rigidly connected, all sublimes and gases leaving the electrolyte are isolated from the container, in which operations of the high-temperature physico-chemical experiment are carried out, and can be further analyzed to compile a complete material balance of the process. The operation of the device does not require additional unloading-loading operations and is characterized by the absence of contact with the atmosphere. Devices that can be used both for the preparation of alkali metal halide melts and for their purification and subsequent studies of physicochemical properties have not been found in the prior art.
Новый технический результат, достигаемый изобретением, заключается в возможности проводить все операции высокотемпературного физико-химического эксперимента в одном контейнере без нарушения его герметичности.The new technical result achieved by the invention lies in the possibility to carry out all the operations of a high-temperature physico-chemical experiment in one container without violating its tightness.
Изобретение иллюстрируется рисунками, где на фиг. 1 изображено устройство в рабочем состоянии, с закрытым контейнером; на фиг. 2 – устройство с открытым контейнером.The invention is illustrated in the drawings, where in Fig. 1 shows the device in working order, with the container closed; in fig. 2 - device with an open container.
Устройство содержит цилиндрический контейнер, состоящий из нижней части 1 и верхней части 2, которая выполнена с возможностью пазового соединения с нижней частью и жестко связана с комплектом вертикальных труб 3, встроенным внутрь верхней части 2 контейнера и зафиксированных друг относительно друга по высоте параллельными поперечными дисками 4, закрывающимися съемными герметичными крышками 5. Крышки 5 фиксируют вертикальное положение труб, выполняют роль теплоотражающих экранов и имеют порты для вывода труб, которые герметизируются пробками из вакуумной резины 6. Через трубы 3 проходят газы, уходящие при приготовлении расплава, либо приходящие в условиях эксперимента. К трубам 3 также подвешиваются рабочие электроды. Контейнер, трубы и крышки могут быть выполнены из нержавеющей стали AISI 304, которая обладает достаточной термостойкостью.The device contains a cylindrical container, consisting of a
Для приготовления расплава в нижнюю часть контейнера 1 помещают тигель 7 с компонентами эвтектической солевой смеси для получения расплава. Это могут быть хлориды щелочных металлов и магния, фториды щелочных металлов и бериллия, смешанные хлоридно-фторидные составы. Часть контейнера 1 с тиглем через пазовое соединение закрывают верхней частью контейнера 2, помещают в охранный сосуд для вакуумирования и герметичной продувки газом. Далее готовят расплав солевой композиции, которую подвергают очистному электролизу, а затем осуществляют эксперименты по изучению коррозионно-электрохимического поведения металлических материалов в полученном очищенном расплаве.To prepare the melt, a
Таким образом, заявленное устройство позволяет проводить все операции высокотемпературного физико-химического эксперимента в одном контейнере без нарушения его герметичности.Thus, the claimed device makes it possible to carry out all operations of a high-temperature physical-chemical experiment in one container without violating its tightness.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2788155C1 true RU2788155C1 (en) | 2023-01-17 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2260788C2 (en) * | 2003-02-14 | 2005-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации-Физико-энергетический институт им. А.И. Лейпунского" | Method and device for determining process of corrosion of samples made of structural alloys in heat-transfer agent flow |
| RU94706U1 (en) * | 2009-11-03 | 2010-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет - УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | CRUEL DEVICE |
| RU2463574C1 (en) * | 2011-04-25 | 2012-10-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Crucible device |
| CN105067504B (en) * | 2015-07-28 | 2018-03-02 | 上海电气集团股份有限公司 | A kind of high-temperature fusion salt corrosion analogue means |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2260788C2 (en) * | 2003-02-14 | 2005-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации-Физико-энергетический институт им. А.И. Лейпунского" | Method and device for determining process of corrosion of samples made of structural alloys in heat-transfer agent flow |
| RU94706U1 (en) * | 2009-11-03 | 2010-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет - УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | CRUEL DEVICE |
| RU2463574C1 (en) * | 2011-04-25 | 2012-10-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Crucible device |
| CN105067504B (en) * | 2015-07-28 | 2018-03-02 | 上海电气集团股份有限公司 | A kind of high-temperature fusion salt corrosion analogue means |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US2861030A (en) | Electrolytic production of multivalent metals from refractory oxides | |
| UA65558C2 (en) | A process for the electrolytic production of metals | |
| US6287448B1 (en) | Electrochemical production of lithium using a lithium amalgam anode | |
| Kaiura et al. | Densities of the molten FeS, FeS–Cu2S and Fe–S–O systems—utilizing a bottom-balance Archimedean technique | |
| NO176190B (en) | Method for Electrolytic Preparation of a Parent Alloy of Iron and Neodymium | |
| RU2788155C1 (en) | Device for preparation, purification and research of physical and chemical properties of melts of alkali metal halide | |
| Nikolaev et al. | Purification of Alkali-Metal Chlorides by Zone Recrystallization for Use in Pyrochemical Processing of Spent Nuclear Fuel | |
| Bjorklund et al. | Phase equilibria in the binary systems PuCl2–NaCl and PuCl2–LiCl | |
| RU2250933C2 (en) | Electrolytic cell and method of production of alkali metal from alkali metal amalgam and combined method of production of chlorine and alkali metal from alkali metal chloride | |
| Seo et al. | Thermodynamic assessment of Mg deoxidation reaction of liquid iron and equilibria of [Mg]‐[Al]‐[O] and [Mg]‐[S]‐[O] | |
| CN106498445A (en) | A kind of preparation method of the high-purity Chlorides molten salts containing UCl3, its molten salt system and application | |
| Polyakova et al. | Secondary processes during tantalum electrodeposition in molten salts | |
| US1913929A (en) | Process and furnace for remelting and fining crude metals | |
| Ødegard et al. | Kinetics of aluminium deposition from aluminium chloride—alkali chloride melts | |
| Valtseva et al. | Research of oxygen-conducting ceramic materials for lithium chloride melt in reactors for pyrochemical processing of spent nuclear fuel | |
| Hussey | Electroanalytical Chemistry in Molten Salts | |
| US4744875A (en) | Steel refining with an electrochemical cell | |
| Stern | OXIDATION OF METALS IN MOLTEN SALTS. SILVER IN SODIUM CHLORIDE1 | |
| NO115653B (en) | ||
| Wilks | A study of the mechanism of the electrolysis of UO2Cl2 in molten NaCl-KCl eutectic | |
| Dartnell et al. | Electrochemistry of niobium in fused halides | |
| Lei et al. | Electrolytic preparation of high-purity chromium | |
| RU2778908C1 (en) | METHOD FOR OBTAINING FUEL SALT BASED ON LiF-BeF2 FOR LIQUID SALT NUCLEAR REACTORS | |
| Morrice | Metallurgical laboratory data on reduction and refining of ceric oxide and cerous fluoride to cerium ingot | |
| SU1479247A1 (en) | Method of simulating processes taking place in fusion welding bath |