RU2819786C1 - Способ определения концентрации кислородосодержащих примесей в расплаве LiF-BeF2 и боксированная установка для его осуществления - Google Patents
Способ определения концентрации кислородосодержащих примесей в расплаве LiF-BeF2 и боксированная установка для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2819786C1 RU2819786C1 RU2023112016A RU2023112016A RU2819786C1 RU 2819786 C1 RU2819786 C1 RU 2819786C1 RU 2023112016 A RU2023112016 A RU 2023112016A RU 2023112016 A RU2023112016 A RU 2023112016A RU 2819786 C1 RU2819786 C1 RU 2819786C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxygen
- sample
- lif
- bef
- melt
- Prior art date
Links
- 239000012535 impurity Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000009434 installation Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 229910001633 beryllium fluoride Inorganic materials 0.000 title abstract 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 56
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 56
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 55
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 41
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 41
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 41
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims abstract description 26
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 16
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 16
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 8
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims description 8
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000011491 glass wool Substances 0.000 claims description 4
- FRWYFWZENXDZMU-UHFFFAOYSA-N 2-iodoquinoline Chemical compound C1=CC=CC2=NC(I)=CC=C21 FRWYFWZENXDZMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- LTPBRCUWZOMYOC-UHFFFAOYSA-N beryllium oxide Inorganic materials O=[Be] LTPBRCUWZOMYOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 abstract description 4
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 230000001603 reducing effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 7
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N [C].[Si] Chemical compound [C].[Si] HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000952 Be alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012494 Quartz wool Substances 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- COUNCWOLUGAQQG-UHFFFAOYSA-N copper;hydrogen peroxide Chemical compound [Cu].OO COUNCWOLUGAQQG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 150000004673 fluoride salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000003682 fluorination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000011490 mineral wool Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- -1 oxygen ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000000141 square-wave voltammogram Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 1
- 238000001075 voltammogram Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Abstract
Группа изобретений относится к способу и боксированной установке для определения концентрации кислородосодержащих примесей во фторидном расплаве LiF-BeF2. Способ включает загрузку пробы в графитовый тигель с порошком карбида кремния SiC, нагретый до температуры 2500°С, транспортировку выделившихся газов потоком газа-носителя в инфракрасный детектор анализатора через нагретый до температуры 550°С оксид меди CuO, конвертирующий монооксид углерода CO в углекислый газ CO2, и определение содержания в пробе кислородосодержащих примесей. Боксированная установка состоит из двух, соединенных шлюзом, перчаточных боксов с инертной аргоновой атмосферой. В одном боксе расположен блок пробоподготовки. В другом боксе расположен анализатор газов, содержащий блок импульсной печи, блок газоподготовки, печь конвертирования СО в СО2, аналитический блок, включающий инфракрасный детектор, газовую магистраль для перемещения потока газа-носителя, а также по меньшей мере одну дополнительную печь конвертирования СО в СО2 и фильтр для очистки потока газа-носителя от возгонов расплава LiF-BeF2 перед инфракрасным детектором. Обеспечивается возможность применения метода восстановительного плавления для определения содержания примесей кислорода в расплаве LiF-BeF2 при полном взаимодействии оксида бериллия из LiF-BeF2, предотвращающем его захват возгонами фторидного расплава, а также снижение систематической составляющей погрешности анализа. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Группа изобретений относится к анализу фторидных систем на кислородосодержание и может быть использована для определения концентрации кислородосодержащих примесей во фторидном расплаве LiF-BeF2 (FLiBe), применяемого в качестве основы топливной соли в жидко-солевых ядерных реакторах (ЖСР).
Для определения кислородосодержащих примесей известен метод гидрофторирования [ORNL. Molten-Salt Reactor Program: Semiannual Progress Report for Period Ending, Oak Rigid National Laboratory, 1972].
Метод основан на реакции O2- + HF = H2O(g) +2F- и осуществляется путем продувки фторидного расплава солей смесью газов H2– HF. Количество выделившейся при этом воды пропорционально концентрации кислородосодержащих примесей в расплаве и контролируется специальной ячейкой. К недостаткам метода можно отнести продолжительность анализа одного образца соли (~ 2 часа) при отсутствии оборудования и эталонов для его реализации.
Известен электрохимический способ определения концентрации кислородосодержащих примесей во фторидных расплавах, основанный на анализе квадратно-волновых вольтамперограмм, снятых на золотом электроде в анодной области [M. Shen, H. Peng, M. Ge, Y. Zuo, L. Xie, Use of square wave voltammeter for onlin emonitoring of O2− concentration in molten fluorides at 600 °C, J. Electroanal. Chem., 748 (2015), pp. 34-39].
На вольтамперограммах идентифицируется пик, соответствующий окислению кислородосодержащих примесей, и по плотности тока этого пика определяется концентрация примесей в расплаве. Несмотря на то, что метод является in situ и не требует отбора проб, поиск и идентификация пика, соответствующего окислению ионов кислорода, усложняют метод, что ограничивает возможность его промышленной реализации.
Известен экспрессный и достаточно простой в исполнении способ определения концентрации кислородосодержания в пробах с помощью анализатора газов «МЕТАВАК-АК» [«Анализатор азота и кислорода «МЕТАВАК-АК», производитель НПО ЭКСАН, http://www.eksan.ru/produktsiya/item/analizator-metavak-ak].
Известный анализатор азота и кислорода «МЕТАВАК-АК» предназначен для определения содержания азота и кислорода в металлах, сплавах и неорганических материалах методом восстановительного плавления или нагрева в атмосфере газа-носителя. Диапазон измерений массовой доли кислорода с помощью этого прибора составляет от 0,0001 до 5,0%.
Данный способ основан на восстановительном плавлении навески в потоке инертного газа-носителя – гелия, позволяющем определить количественное содержание кислорода методом избирательного поглощения в инфракрасном излучении.
К основным элементам, входящим в состав анализатора, относится импульсная печь, блок газоподготовки, а также аналитический блок с персональным компьютером. Импульсная печь состоит из неподвижного верхнего и подвижного нижнего электродов. На нижнем электроде, кинематически связанным с пневмоцилиндром, на подставке устанавливается тигель.
Импульсная печь предназначена для дегазации тигля, нагрева и расплавления анализируемого образца. При движении электрода вверх происходит электрический контакт тигля с верхним электродом и герметизация рабочего объема экстракционной камеры. Газ-носитель поступает в камеру экстракции через загрузочное устройство. Продукты дегазации и анализа транспортируются из импульсной печи в соответствующий фильтр через пазы в верхнем электроде, имеющиеся в месте контакта с тиглем.
Нагрев тигля осуществляется прямым пропусканием тока. Анализируемую пробу загружают в тигель пневматическим приводом через загрузочное устройство, размещенное на корпусе неподвижного электрода. В правой части блока газоподготовки расположена печь конвертирования СО в СО2, содержащая кварцевую трубку, заполненную гранулированным оксидом меди, нагреваемую до температуры 550 °С, при которой наиболее эффективно осуществляется конвертирование. Аналитический блок анализатора содержит инфракрасный детектор с двумя инфракрасными ячейками, предназначенными для измерения содержания кислорода. На передней панели анализатора расположен фильтр для очистки газовой смеси от частиц и графитовой пыли, образующихся при дегазации тигля и плавления анализируемой пробы. В качестве фильтрующего материала рекомендовано использовать кварцевую или минеральную вату.
Для выделения кислорода из анализируемого материала обычно осуществляют его взаимодействие с восстановителем, а его концентрацию измеряют методом инфракрасной абсорбции. Все кислородосодержащие соединения, выделившиеся из пробы при температуре 1900-3000 °С, восстанавливаются углеродом тигля до оксида углерода. Поскольку тигель графитовый и восстановитель имеется в избытке, реакция идет до практически полного восстановления кислорода. Протеканию реакции способствует большая концентрация углерода из графитового тигля, а также высокая температура, повышающая восстанавливающее действие углерода. Использование инертного газа обеспечивает отвод продуктов реакции.
Поток газа-носителя транспортирует выделившиеся газы к аналитическому блоку через реактив, представляющий собой нагретый оксид меди (CuO), конвертирующий монооксид углерода (CO) в углекислый газ (CO2), а водород – в воду, после чего газы попадают в инфракрасный детектор анализатора. Углекислый газ проходит через инфракрасное излучение, попадающее на окно датчика инфракрасных ячеек детектора, сигналы которого после соответствующей обработки поступают вкомпьютер, где производится их регистрация и расчет процентногосодержания определяемого компонента с учетом массы пробы. На экране монитора отображается сигнал детектора в функции времени, параметры сигнала, номер и масса пробы, дата проведения анализа и процентное содержание кислорода.
Как сказано выше, основанный на методе восстановительного плавления известный анализатор газов «МЕТАВАК-АК» предназначен для определения содержания азота и кислорода в металлах, сплавах и неорганических материалах. Низкие температуры плавления фторидных солевых систем препятствуют применению вышеописанного метода и прибора для определения содержания примесей кислорода в этих системах, включая FLiBe. Кроме того, определение низких концентраций примесей кислорода в пробе расплава FLiBe (от 10 ppm) с помощью этого метода на практике оказалось трудноосуществимо. Решение этой проблемы потребовало создания условий, при которых весь кислород пробы прореагировал бы с углеродсодержащим тиглем, а полученный CO в полном объеме окислился до CO2 и поступил на инфракрасный детектор.
Таким образом, задача заявленного технического решения заключается в разработке способа определения концентрации кислородосодержащих примесей во фторидном расплаве LiF-BeF2, позволяющего применять метод восстановительного плавления, а также устройства для осуществления способа.
Для этого предложен способ определения концентрации кислородосодержащих примесей во фторидном расплаве LiF-BeF2, включающий использование метода восстановительного плавления или нагрева в атмосфере газа-носителя, при этом осуществляют загрузку пробы в графитовый тигель, нагретый до температуры восстановления кислородосодержащих соединений, выделившихся из пробы, до оксида углерода, транспортировку выделившихся газов потоком газа-носителя в инфракрасный детектор анализатора через нагретый до температуры 550°Соксид меди CuO, конвертирующий монооксид углерода CO в углекислый газ CO2, и по количеству углекислого газа, поступившего в инфракрасный детектор, определяют содержание в пробе кислородосодержащих примесей, в котором пробу расплава LiF-BeF2 загружают в графитовый тигель с порошком карбида кремния SiC, нагретый до температуры 2500°С, при этом в качестве газа-носителя используют аргон, а перед инфракрасным детектором поток газа-носителя с помощью фильтра очищают от возгонов расплава LiF-BeF2.
Использование углеродсодержащего соединения SiC способствует восстановлению кислородсодержащих примесей FLiBe, а сплав кремния с бериллием, получаемый в результате взаимодействия кислородосодержащих примесей в пробе расплава FLiBe, с кремнием, понижает температуру восстановления оксида бериллия, устраняя проблему применения метода восстановительного плавления для определения концентрации кислородосодержащих примесей в этом расплаве. При этом в процессе восстановительного плавления в заявленном способе обеспечивается полное взаимодействие оксида бериллия из FLiBe, предотвращающее его захват возгонами фторидного расплава. Это исключает аддитивную и мультипликативную части систематической погрешности на аппаратуру анализатора газов, что необходимо для достижения максимально возможного показателя точности анализа.
Для реализации способа предложена боксированная установка для определения концентрации кислородосодержащих примесей во фторидном расплаве LiF-BeF2, состоящая из двух, соединенных шлюзом, перчаточных боксов с инертной аргоновой атмосферой, в одном из которых расположен блок пробоподготовки, а в другом – анализатор газов, содержащий блок импульсной печи для дегазации графитового тигля, нагрева и расплавления анализируемой пробы, блок газоподготовки, печь конвертирования СО в СО2 в виде кварцевой трубки, заполненной гранулированным оксидом меди, аналитический блок, включающий инфракрасный детектор с ячейками дляизмерения кислорода, и газовую магистраль для перемещения потока газа- носителя, причем она содержит по меньшей мере одну дополнительную печь конвертирования СО в СО2, а перед инфракрасным детектором смонтирован фильтр для очистки потока газа-носителя от возгонов расплава LiF-BeF2, выполненный в виде кварцевых трубок, наполненных стекловатой.
Основной функцией блока импульсной печи является количественное выделение кислорода пробы и его конверсия в аналитически активную форму, а именно, в СО2. Для устранения потерь недоокисленного CO, что крайне важно при работе с низкими концентрациями кислорода в пробе расплава LiF-BeF2, установка содержит не менее, чем одну дополнительную печь конвертирования СО в СО2.
Для наиболее полного окисления CO газовая магистраль выполнена с возможностью неоднократного прохождения потока газа-носителя СО и СО2 через дополнительную печь конвертирования СО в СО2. Для этого газовая магистраль в месте расположения дополнительной печи конвертирования СО в СО2 имеет ответвление для неоднократного перемещения потока газа-носителя через печь конвертирования СО в СО2.
Блок пробоподготовки предназначен для хранения и подготовки проб в инертной атмосфере. Это исключает влияние на пробу кислорода воздуха. Сразу после подготовки проба попадает в соседний бокс с анализатором газов, что позволяет снизить систематическую составляющую погрешности анализа.
Поскольку при анализе большая часть фторидов быстро испаряется из тигля, и в больших количествах может способствовать загрязнению аппаратуры, реактивов и детектора, на газовой магистрали перед инфракрасным детектором смонтирован фильтр для очистки потока газа- носителя от возгонов расплава LiF-BeF2, выполненный в виде кварцевых трубок, наполненных стекловатой.
Фильтр препятствует попаданию нежелательных компонентов пробы в импульсную печь анализатора газов и на инфракрасный детектор, что позволяет более качественно доокислить CO и предотвратить попадание фторидсодержащих соединений на оптический фильтр детектора, которые могут вызвать потерю или ухудшение способности его излучения.
В качестве инертного газа-носителя используют аргон, соответствующий атмосфере бокса, которая и в случае утечки из газовой линии не будет загрязнена дополнительными примесями.
Новый технический результат, достигаемый группой изобретений, заключается в возможности применения метода восстановительного плавления для определения содержания примесей кислорода в расплаве FLiBe при полном взаимодействии оксида бериллия из FLiBe, предотвращающем его захват возгонами фторидного расплава, а также в снижении систематической составляющей погрешности анализа.
Изобретение иллюстрируется рисунками, где на фиг. 1 приведена блок- схема боксированной установки для определения концентрации кислородосодержащих примесей во фторидном расплаве LiF-BeF2; на фиг.2 –упрощенная схема процесса восстановительного плавления; на фиг.3 –фрагмент упрощенной схемы процесса восстановительного плавления с ответвлением газовой магистрали; на фиг.4 – график, отражающий соотношение концентрации кислородосодержащих примесей в пробах расплава FLiBe, определенного заявляемым и известным способами.
Боксированная установка для определения концентрации кислородосодержащих примесей во фторидном расплаве LiF-BeF2 состоит из двух перчаточных боксов с инертной аргоновой атмосферой. В боксе 1 расположен известный анализатор газов МЕТАВАК-АК, в боксе 2 – блок пробоподготовки. Боксы соединены между собой шлюзом 3. Анализатор газов состоит из блока импульсной печи 4 для дегазации тигля, нагрева и расплавления анализируемой пробы в тигле 5, блока газоподготовки (не показан), аналитического блока 6, включающего инфракрасный детектор 7 синфракрасными ячейками для измерения кислорода, газовой магистрали 8 для перемещения потока газа-носителя, печей конвертирования СО в СО2 9 и 10, выполненных в виде кварцевой трубки, заполненной гранулированным оксидом меди. В месте расположения печи 10 газовая магистраль 8 имеет ответвление (фиг.3), с помощью которого поток аргона может неоднократно проходить через печь 10. Установка содержит также фильтр 11 для очистки потока аргона от возгонов расплава LiF-BeF2, выполненный в виде кварцевых трубок 12, наполненных стекловатой.
Образцы FLiBe, предназначенные для анализа на кислородосодержание, получали методом мягкого фторирования в боксе с аргоновой атмосферой, известного из [RU2781870, опубл. 28.12.2022].
Полученные расплавы после охлаждения хранили в боксе 2 в виде слитков. Отбор проб производили непосредственно из расплава FLiBe с помощью графитового пробоотборника, закрепленного на никелевом стержне. Отобранную застывшую каплю расплава подвергали пробоподготовке, то есть разделяли на кусочки с одинаковой массой с точностью до 0,0001 г., каждый из которых помещали в пробоприемник анализатора газов.
Процесс восстановительного плавления для каждой пробы проводили в потоке аргона с использованием анализатора газов «МЕТАВАК-АК», производство НПО «ЭКСАН», градуировку которого ввиду отсутствия стандартных образцов расплава FLiBe проводили по стандартным образцам стали.
Подготовку прибора к работе осуществляли в соответствии с Руководством по эксплуатации на «Анализатор азота и кислорода «МЕТАВАК-АК», МЕТ 201.Э.00.00.000-23», НПО «ЭКСАН», согласно которому для проведения анализа проба взвешивается и размещается в загрузочном устройстве, размещенном на корпусе неподвижного электрода. Продувка газом-носителем позволяет избежать проникновения атмосферного воздуха в импульсную печь. Измерение начинают с продувки газом-носителем пустого тигля, герметично размещенного между водоохлаждаемыми верхним и нижним электродами импульсной печи. При последующем включении и достижении стабилизации базовой линии проба из загрузочного устройства сбрасывается в тигель и расплавляется. Монооксид углерода получается в результате взаимодействия углерода тигля с кислородом, содержащимся в пробе. Для предотвращения повторной дегазации при анализе используется ток меньшего значения для выделения газов из пробы.
В графитовый тигель помещали порошок карбида кремния массой 100-150 мг и нагревали до температуры дегазации от 2200 до 2500оС. После дегазации температура тигля поддерживалась на уровне 2500оС, при которой пробу расплава FLiBe из пробоприемника сбрасывали в дегазированную кремнеуглеродистую ванну графитового тигля. Под действием температуры проходило взаимодействие кислорода, содержащегося в пробе расплава FLiBe, с кремнеуглеродистой ванной тигля с образованием монооксида углерода (СО), который потоком аргона выносился в печи 9 и 10, нагретые до 550оС. В этих печах проходила реакция окисления и доокисления СО до СО2, который потоком аргона выносился на инфракрасный детектор 7 с двумя инфракрасными ячейками для измерения содержания кислорода. Углекислый газ проходит через инфракрасное излучение, попадающее на окно датчика инфракрасных ячеек, сигналы которого после соответствующей обработки поступают в компьютер, где производится их регистрация и расчет концентрации кислородосодержащих примесей в пробе расплава FLiBe в массовых процентах и отображается на экране монитора компьютера.
При температуре 2500 °С, необходимой для реакции кислорода в пробе расплава FLiBe с кремнеуглеродистой ванной тигля, предотвращались возгоны проб на аппаратуру анализатора, и реакция окисления СО до СО2 происходила наиболее полно.
По результатам анализа трех проб расплава FLiBe с концентрацией кислородосодержащих примесей, определенной заявляемым и известнымспособами, получена зависимость (фиг.4), иллюстрирующая соотношение концентрации этих примесей. То, что эта зависимость аппроксимируется прямой, доказывает применимость метода восстановительного плавления для определения концентрации кислородосодержащих примесей в расплаве FLiBe.
Claims (4)
1. Способ определения концентрации кислородосодержащих примесей во фторидном расплаве LiF-BeF2, включающий использование метода восстановительного плавления или нагрева в атмосфере газа-носителя, при этом осуществляют загрузку пробы в графитовый тигель, нагретый до температуры восстановления кислородосодержащих соединений, выделившихся из пробы, до оксида углерода, транспортировку выделившихся газов потоком газа-носителя в инфракрасный детектор анализатора через нагретый до температуры 550°С оксид меди CuO, конвертирующий монооксид углерода CO в углекислый газ CO2, и по количеству углекислого газа, поступившего в инфракрасный детектор, определяют содержание в пробе кислородосодержащих примесей, в котором пробу расплава LiF-BeF2 загружают в графитовый тигель с порошком карбида кремния SiC, нагретый до температуры 2500°С, при этом в качестве газа-носителя используют аргон, а перед инфракрасным детектором поток газа-носителя с помощью фильтра очищают от возгонов расплава LiF-BeF2.
2. Боксированная установка для определения концентрации кислородосодержащих примесей во фторидном расплаве LiF-BeF2, состоящая из двух, соединенных шлюзом, перчаточных боксов с инертной аргоновой атмосферой, в одном из которых расположен блок пробоподготовки, а в другом – анализатор газов, содержащий блок импульсной печи для дегазации графитового тигля, нагрева и расплавления анализируемой пробы, блок газоподготовки, печь конвертирования СО в СО2 в виде кварцевой трубки, заполненной гранулированным оксидом меди, аналитический блок, включающий инфракрасный детектор с ячейками для измерения кислорода, и газовую магистраль для перемещения потока газа-носителя, причем она содержит по меньшей мере одну дополнительную печь конвертирования СО в СО2, а перед инфракрасным детектором смонтирован фильтр для очистки потока газа-носителя от возгонов расплава LiF-BeF2, выполненный в виде кварцевых трубок, наполненных стекловатой.
3. Боксированная установка по п. 2, отличающаяся тем, что газовая магистраль выполнена с возможностью неоднократного перемещения потока газа-носителя через дополнительную печь конвертирования СО в СО2.
4. Боксированная установка по п. 2 или 3, отличающаяся тем, что газовая магистраль в месте расположения дополнительной печи конвертирования СО в СО2 имеет ответвление для неоднократного перемещения потока газа-носителя через печь конвертирования СО в СО2.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2819786C1 true RU2819786C1 (ru) | 2024-05-24 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1103133A1 (ru) * | 1982-08-18 | 1984-07-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Автоматизации Черной Металлургии | Способ определени содержани кислорода в металлах и сплавах |
| EP3338283B1 (en) * | 2015-08-23 | 2020-10-07 | Copenhagen Atomics ApS | Method for operating a molten salt nuclear reactor |
| RU2772103C1 (ru) * | 2021-07-28 | 2022-05-16 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ определения массовых долей основных и примесных элементов в солевых фторидных системах методом рентгенофлуоресцентного анализа |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1103133A1 (ru) * | 1982-08-18 | 1984-07-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Автоматизации Черной Металлургии | Способ определени содержани кислорода в металлах и сплавах |
| EP3338283B1 (en) * | 2015-08-23 | 2020-10-07 | Copenhagen Atomics ApS | Method for operating a molten salt nuclear reactor |
| RU2772103C1 (ru) * | 2021-07-28 | 2022-05-16 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ определения массовых долей основных и примесных элементов в солевых фторидных системах методом рентгенофлуоресцентного анализа |
| RU2021122503A (ru) * | 2021-07-28 | 2023-01-30 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ определения массовой доли кислорода в солевых фторидных системах методом восстановительного плавления |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Описание типа средства измерений. Анализаторы газов в твердых материалах МЕТАВАК. 21.09.2021, https://www.ktopoverit.ru/prof/opisanie/83100-21.pdf. ГОСТ 27417-98 Порошки металлические. Определение общего содержания кислорода методом восстановительной экстракции. Дата введения 01.07.2001. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Libourel et al. | Nitrogen solubility in basaltic melt. Part I. Effect of oxygen fugacity | |
| Afonichkin et al. | Salts purification and voltammetric study of the electroreduction of U (IV) to U (III) in molten LiF–ThF4 | |
| RU2819786C1 (ru) | Способ определения концентрации кислородосодержащих примесей в расплаве LiF-BeF2 и боксированная установка для его осуществления | |
| Ackerman et al. | Partition of lanthanum and neodymium metals and chloride salts between molten cadmium and molten LiCl-KCl eutectic | |
| EP0349117A2 (en) | Trace metals analysis in semiconductor material | |
| US3681972A (en) | Process and device for determining the oxygen concentration in metal melts | |
| Murav’eva et al. | Determining the chlorine content in the blast-furnace system | |
| US4921221A (en) | Monitoring pyrogenic processes | |
| RU2788155C1 (ru) | Устройство для приготовления, очистки и исследований физико-химических свойств расплавов галогенидов щелочных металлов | |
| Afonichkin et al. | Salts purification and redox potential measurement for the molten LiF-ThF 4-UF 4 mixture | |
| SU1138728A1 (ru) | Устройство дл определени содержани газов в металлах | |
| CN113588584B (zh) | 一种镧、铈金属或镧铈合金中氧含量的测定方法 | |
| RU49273U1 (ru) | Установка для определения содержания газообразных компонентов в исследуемом образце | |
| US3251217A (en) | Determination of gases in metals | |
| Aarnæs | Removal of Aluminium Carbide from Liquid Aluminium | |
| RU2772970C1 (ru) | Способ контролируемого извлечения актинидов из металлических продуктов отработавшего ядерного топлива в хлоридном расплаве | |
| Anyalebechi | Techniques for determination of the Hydrogen Content in Aluminium and its Alloys—A Review | |
| Dorreen | Cell performance and anodic processes in aluminium smelting studied by product gas analysis | |
| JP3128027B2 (ja) | 希土類フッ化物中の酸素の分析方法 | |
| SU434299A1 (ru) | Способ определения газов в металлахи сплавах1 | |
| SU905188A1 (ru) | Способ определени водорода в неорганических материалах | |
| EP4009037A1 (en) | Method and apparatus for quantitative chemical analysis of liquid metals and alloys with laser induced breakdown spectroscopy | |
| Fricioni et al. | Inert gas fusion | |
| SU1206651A1 (ru) | Способ анализа химического состава материала | |
| Colombo | Vacuum fusion-aluminium bath method for the determination of hydrogen in copper |