熔盐电解精炼铪的电极过程和电结晶机理研究

基本信息
批准号:51204021
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:吴延科
学科分类:
依托单位:有研工程技术研究院有限公司
批准年份:2012
结题年份:2015
起止时间:2013-01-01 - 2015-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:陈松,罗远辉,尹延西,彭程,柳旭,叶章根
关键词:
电极过程电结晶周期反向熔盐电解精炼高纯铪
结项摘要

Hafnium has a high thermal neutron capture cross section is the ideal control materials used in nuclear reactors; Hafnium oxide film is the best film materials resistance to laser damage and excellent high dielectric constant (high K) materials. The molten salt electrorefining is an effective method for purification of hafnium, some gas impurities (O, N, C) and metallic impurities (Fe, Mg, Mn) can be effectively removed。The subject was first proposed to add NaF to the NaCl-KCl-K2HfF6 system in order to change [F-/Hf4+] ions proportion, making hafnium ions reduced to hafnium metal by one step process, and using cycle reverse technology in hafnium electrorefining process, there is no report about this research so far at home and abroad. The electrode process were studied by linear sweep voltammetry, cyclic voltammetry and square wave voltammetry and the electrocrystallization mechanism was researched by chronoamperometry, scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectrometer (EDS) analysis. The effect of current efficiency, yield and sticky salt rate, particle size and purity at different electrorefining conditions were studied at the better [F-/Hf4+] ions proportion which determined by one step reduction process and better electrocrystallization condition, and combined with periodic reverse technique. The project aims to reveal the electrochemical mechanism in the process of molten salt electrorefining of hafnium, and provide a theoretical basis for optimizing the parameters in electrorefining.

金属铪具有高的热中子吸收截面是理想的核反应堆控制材料;采用高纯金属铪制备的氧化铪薄膜是最好的耐激光损伤薄膜材料和性能优异的高介电常数(高K)材料。熔盐电解精炼是提纯金属铪的有效方法,对气体杂质(O、N、C)和金属杂质(Fe、Mg、Mn)等元素具有较好的去除效果。本课题首次提出向NaCl-KCl-K2HfF6体系中添加NaF,改变[F-/Hf4+]离子比,使铪离子一步还原到金属铪,同时将周期反向技术应用在电解精炼铪上,迄今国内外尚无报道。通过线性扫描伏安法、循环伏安法、方波伏安法研究电极过程,同时采用计时电流法、扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)考查电结晶机理。根据一步还原步骤和较好电结晶条件下的[F-/Hf4+]离子比,结合周期反向技术,研究电解精炼工艺条件对电流效率、产率、粘盐率以及粒度和纯度的影响。本项目旨在揭示熔盐电解精炼铪过程中的电化学机理,为优化电解精炼工艺条件提供理论依据。

项目摘要

高纯金属铪是制备耐激光损伤薄膜材料和性能优异的高介电常数(高K)材料的重要原料。熔盐电解精炼是提纯金属铪的重要方法,对气体杂质(O, N, C)和金属杂质(Fe, Mg, Mn)都具有较好的去除效果。向NaCl-KCl-K2HfF6体系中添加NaF,改变[F-/Hf4+]离子比,使铪络合离子一步沉积,同时将周期反向脉冲技术应用在电解精炼铪上,获得了较好的研究结果。. 通过循环伏安法和方波伏安法分析得到Hf4+络合离子在1023k下NaCl-KCl-K2HfF6-NaF熔体中的还原机理为:当[F-/Hf4+]<6时,Hf4+ + 2e → Hf2+,Hf2+ + 2e → Hf;。当18<[F-/Hf4+]<22时,Hf4+ + 4e → Hf;Hf4+络合离子的阴极沉积电位随着NaF浓度的增加而逐渐负移。计时电流法、扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析研究结果表明:Hf4+络合离子在Pt电极和铪镀层上的成核机理是连续成核方式,长大方式是扩散控制的三维半球形长大过程。电解精炼铪的最佳工艺条件为:[F-/Hf4+]比例为19、电解精炼温度为750℃、电流密度为0.35A/cm2和K2HfF6浓度为20%,在此最佳工艺条件下的电流效率可达到92.78%。以低品位海绵铪为阳极料在最佳工艺条件下电解精炼得到了符合工业级标准的金属铪,其中对金属元素Fe、Cr、Ni、Mg、Mn和非金属杂质O具有较好的提纯效果,Fe由0.14%降为0.038%、O由0.2%降为0.13%。. 研究获得周期反向脉冲工艺电解精炼铪的最佳工艺条件为:正向平均电流密度为0.35 A/cm2、正向占空比为50%、正向工作时间80ms、反向电流密度为0.035 A/cm2、正向占空比为50%、反向工作时间10ms、正反向脉冲频率均为1000Hz。得到了粒度(D50)最大为285.89μm的产品,粘盐率也降低为21.5%。项目揭示了熔盐电解精炼铪的电极过程和电结晶机理,为优化电解精炼工艺条件提供了理论依据。获得了最佳电解精炼工艺,结合周期反向脉冲技术获得了粒度大、纯度高的产品。为下一步开展直接电镀制备镀膜用高纯金属铪的研究提供了研究基础。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
2

小跨高比钢板- 混凝土组合连梁抗剪承载力计算方法研究

小跨高比钢板- 混凝土组合连梁抗剪承载力计算方法研究

DOI:10.19701/j.jzjg.2015.15.012
发表时间:2015
3

氯盐环境下钢筋混凝土梁的黏结试验研究

氯盐环境下钢筋混凝土梁的黏结试验研究

DOI:10.3969/j.issn.1001-8360.2019.08.011
发表时间:2019
4

一种改进的多目标正余弦优化算法

一种改进的多目标正余弦优化算法

DOI:
发表时间:2019
5

甘肃省粗颗粒盐渍土易溶盐含量、电导率与粒径的相关性分析

甘肃省粗颗粒盐渍土易溶盐含量、电导率与粒径的相关性分析

DOI:10.13885/j.issn.0455-2059.2021.04.004
发表时间:2021

吴延科的其他基金

相似国自然基金

1

熔盐萃取锆铪分离和核级锆电解精炼的机理研究

批准号:51274005
批准年份:2012
负责人:肖艳萍
学科分类:E0415
资助金额:81.00
项目类别:面上项目
2

ITO废靶熔盐电脱氧-电解精炼分离回收铟和锡的机理研究

批准号:51904003
批准年份:2019
负责人:徐亮
学科分类:E0415
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
3

铝精炼电解质熔盐结构的Raman光谱研究

批准号:51004034
批准年份:2010
负责人:胡宪伟
学科分类:E0412
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
4

高纯钛熔盐电解精炼中阴离子对电解质结构与电解动力学机理影响研究

批准号:51804277
批准年份:2018
负责人:宋建勋
学科分类:E0410
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目