Иодидное рафинирование кальциетермического циркония
Розглянуто можливість отримання цирконію високої чистоти із кальцієтермічного цирконію марки КТЦ-НР та металевих відходів шляхом їх йодидного рафінування. Вивчено поведінку домішок, визначена залежність коефіцієту очищення від концентрації домішок у вихідному матеріалі. За допомогою екстраполяції...
Saved in:
| Published in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Date: | 2002 |
| Main Authors: | , , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2002
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80152 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Иодидное рафинирование кальциетермического циркония / М.Л. Коцарь, В.И. Никонов, В.Д. Федоров, Г.С. Черемных, Г.А. Леонтьев, В.Г. Чупринко, К.А. Линдт, А.П. Мухачев // Вопросы атомной науки и техники. — 2002. — № 6. — С. 100-105. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859712512250871808 |
|---|---|
| author | Коцарь, М.Л. Никонов, В.И. Федоров, В.Д. Черемных, Г.С. Чупринко, В.Г. Линдт, К.А. Мухачев, А.П. Леонтьев, Г.А. |
| author_facet | Коцарь, М.Л. Никонов, В.И. Федоров, В.Д. Черемных, Г.С. Чупринко, В.Г. Линдт, К.А. Мухачев, А.П. Леонтьев, Г.А. |
| citation_txt | Иодидное рафинирование кальциетермического циркония / М.Л. Коцарь, В.И. Никонов, В.Д. Федоров, Г.С. Черемных, Г.А. Леонтьев, В.Г. Чупринко, К.А. Линдт, А.П. Мухачев // Вопросы атомной науки и техники. — 2002. — № 6. — С. 100-105. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Розглянуто можливість отримання цирконію високої чистоти із кальцієтермічного цирконію марки КТЦ-НР та металевих
відходів шляхом їх йодидного рафінування. Вивчено поведінку домішок, визначена залежність коефіцієту очищення від
концентрації домішок у вихідному матеріалі. За допомогою екстраполяції залежностей оцінені мінімальні концентрації
домішок у йодиному цирконії.Встановлено, що ефективність очищення зменьшується у ряду: Ni=Mn>Cr >F>C>N>O>Fe, а
видалення алюмінію та кремнію у процесі йодидного рафінування кальцієтермічного цирконію проблематично.
Порівнянням очікуваної якості йодидного металу із КТЦ-НР з вимогами технічних умов та фактичним рівнем чистоти
йодидного цирконию, досягнутого згідно з діючою технологією, показана можливість отримання кондиційного металу із КТЦ-
НР та металевих відходів. При цьому зберігається головне досягнення КТЦ – вміст гафнію <0,01 мас%.
Виплавка засобом ВДП сплавів із подвійної та потрійної шихти на основі КТЦ за ТУ 95.2185-90 з додаванням 35...50%
йодиного цирконію кальцієтермічного походження дозволить отримувати сплави КТЦ-110 та КТЦ-125 з масовою часткою
кисню 0,06...0,10% та вмістом гафнію, який відповідає світовому рівню.
Рассмотрена возможность получения циркония высокой чистоты из кальциетермического циркония марки КТЦ-НР и металлических отходов путем их иодидного рафинирования. Изучено поведение примесей, определена зависимость коэффициен-
та очистки от концентрации примеси в исходном материале. Экстраполяцией зависимостей оценены минимальные концентрации примесей в иодидном цирконии. Установлено, что эффективность очистки уменьшается в ряду: Ni=Mn>Cr>F>C>N>O>Fe,
а удаление алюминия и кремния в процессе иодидного рафинирования кальциетермического циркония проблематично.
Сравнением ожидаемого качества иодидного металла из КТЦ-НР с требованиями технических условий и фактическим
уровнем чистоты иодидного циркония, достигнутым в действующей технологии, показана возможность получения кондиционного металла из КТЦ-НР и металлических отходов. При этом сохраняется главное достоинство КТЦ –содержание гафния
<0,01 мас.%.
Выплавка методом ВДП сплавов из двойной или тройной шихты на основе КТЦ по ТУ 95.2185-90 с добавлением 35…50%
иодидного циркония кальциетермического происхождения позволит получать сплавы КТЦ-110 и КТЦ-125 с массовой долей
кислорода 0,06…0,10 % и содержанием гафния, соответствующим мировому уровню.
The possibility of high purity zirconium of calcium- thermal zirconium KTC-HP and metallic wastes production by iodide refining
is examined. The impurities behaviour is studied , the refining coefficient dependence on the impurity concentration in the initial material
is determined. The impurities minimum concentration in iodide zirconium are evaluated by extrapolation. It is determined that the refining
efficiency decreases in the range: Ni = Mn > Cr > F > C > N > O > Fe and aluminium and silicon removal during the iodide refining
of calcium thermal zirconium is problematic.
By comparison of iodide metal of KTC-HP expected quality with the specifications and the iodide zirconium purity real level obtained
in the adopted practice the possibility of standard metal production of KTC-HP and metal wastes is demonstrated. The principal
merit of KTC – hafnium content < 0,01 mass % is preserved.
Alloys melting of double or triple mixture on the base of KTC according TS 95.2185-90 with the addition of 35…50 % of iodide zirconium
by the method VDP will allow to obtain the alloys KTC-110 and KTC-125 with oxygen fraction of total mass 0,06…0,10 % and
hafnium content, meeting the world standards.
|
| first_indexed | 2025-12-01T06:09:18Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.296
ИОДИДНОЕ РАФИНИРОВАНИЕ КАЛЬЦИЕТЕРМИЧЕСКОГО
ЦИРКОНИЯ
М.Л.Коцарь1, В.И.Никонов1, В.Д.Федоров1, Г.С.Черемных2, Г.А.Леонтьев 3,
В.Г.Чупринко4,К.А.Линдт5, А.П.Мухачев5
ГУП ВНИИХТ, г.Москва, Россия,1 ОАО ЧМЗ, г.Глазов, Россия,2 МИФИ, г.Москва,
Россия3, ОАО “ТВЭЛ”, г.Киев, Украина4, ГНПП “Цирконий”,
г.Днепродзержинск, Украина5
Розглянуто можливість отримання цирконію високої чистоти із кальцієтермічного цирконію марки КТЦ-НР та металевих
відходів шляхом їх йодидного рафінування. Вивчено поведінку домішок, визначена залежність коефіцієту очищення від
концентрації домішок у вихідному матеріалі. За допомогою екстраполяції залежностей оцінені мінімальні концентрації
домішок у йодиному цирконії.Встановлено, що ефективність очищення зменьшується у ряду: Ni=Mn>Cr >F>C>N>O>Fe, а
видалення алюмінію та кремнію у процесі йодидного рафінування кальцієтермічного цирконію проблематично.
Порівнянням очікуваної якості йодидного металу із КТЦ-НР з вимогами технічних умов та фактичним рівнем чистоти
йодидного цирконию, досягнутого згідно з діючою технологією, показана можливість отримання кондиційного металу із КТЦ-
НР та металевих відходів. При цьому зберігається головне досягнення КТЦ – вміст гафнію <0,01 мас%.
Виплавка засобом ВДП сплавів із подвійної та потрійної шихти на основі КТЦ за ТУ 95.2185-90 з додаванням 35...50%
йодиного цирконію кальцієтермічного походження дозволить отримувати сплави КТЦ-110 та КТЦ-125 з масовою часткою
кисню 0,06...0,10% та вмістом гафнію, який відповідає світовому рівню.
Рассмотрена возможность получения циркония высокой чистоты из кальциетермического циркония марки КТЦ-НР и ме-
таллических отходов путем их иодидного рафинирования. Изучено поведение примесей, определена зависимость коэффициен-
та очистки от концентрации примеси в исходном материале. Экстраполяцией зависимостей оценены минимальные концентра-
ции примесей в иодидном цирконии. Установлено, что эффективность очистки уменьшается в ряду: Ni=Mn>Cr>F>C>N>O>Fe,
а удаление алюминия и кремния в процессе иодидного рафинирования кальциетермического циркония проблематично.
Сравнением ожидаемого качества иодидного металла из КТЦ-НР с требованиями технических условий и фактическим
уровнем чистоты иодидного циркония, достигнутым в действующей технологии, показана возможность получения кондици-
онного металла из КТЦ-НР и металлических отходов. При этом сохраняется главное достоинство КТЦ –содержание гафния
<0,01 мас.%.
Выплавка методом ВДП сплавов из двойной или тройной шихты на основе КТЦ по ТУ 95.2185-90 с добавлением 35…50%
иодидного циркония кальциетермического происхождения позволит получать сплавы КТЦ-110 и КТЦ-125 с массовой долей
кислорода 0,06…0,10 % и содержанием гафния, соответствующим мировому уровню.
The possibility of high purity zirconium of calcium- thermal zirconium KTC-HP and metallic wastes production by iodide refining
is examined. The impurities behaviour is studied , the refining coefficient dependence on the impurity concentration in the initial materi-
al is determined. The impurities minimum concentration in iodide zirconium are evaluated by extrapolation. It is determined that the re-
fining efficiency decreases in the range: Ni = Mn > Cr > F > C > N > O > Fe and aluminium and silicon removal during the iodide re-
fining of calcium thermal zirconium is problematic.
By comparison of iodide metal of KTC-HP expected quality with the specifications and the iodide zirconium purity real level ob-
tained in the adopted practice the possibility of standard metal production of KTC-HP and metal wastes is demonstrated. The principal
merit of KTC – hafnium content < 0,01 mass % is preserved.
Alloys melting of double or triple mixture on the base of KTC according TS 95.2185-90 with the addition of 35…50 % of iodide zir-
conium by the method VDP will allow to obtain the alloys KTC-110 and KTC-125 with oxygen fraction of total mass 0,06…0,10 % and
hafnium content, meeting the world standards.
В последние годы в силу объективных причин
при получении циркония путем кальциетермическо-
го восстановления тетрафторида (ТФЦ) содержание
некоторых примесей в черновом металле превышает
допустимый уровень, определяемый ТУ 95.2185-90.
К таким примесям относятся, в первую очередь,
железо, кислород и кремний [1]. Иногда, вследствие
нарушения технологии, имеют место отклонения от
требований по содержанию азота.
Для рафинирования чернового кальциетермиче-
ского циркония (КТЦ) в ГНПП “Цирконий” исполь-
зуют электронно-лучевой переплав (ЭЛП) в печи с
промежуточной емкостью ЭДП-0,7/500 [2]. Этот
процесс позволяет очищать КТЦ и его сплавы с нио-
бием (КТЦ-110 и КТЦ-125) от шлаковых включений
(СаF2) и примесей более летучих, чем цирконий.
Эффективность очистки от примесей при ЭЛП
уменьшается в ряду [3]:
Be>Mn>Al>Cr=Cu>V>Fe>Co>Ni>Si.
Проведение ЭЛП при высокой удельной мощно-
сти (>1кВт/см2) приводит к очистке КТЦ от кисло-
рода, но при этом до 50% основы теряется за счет
угара [3]. ЭЛП не очищает цирконий от азота и уг-
лерода и мало эффективен для удаления кремния.
Для переработки некондиционных материалов и
металлических отходов действующего в РФ цирко-
_______________________________________________________________________________
100 ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2002. №6.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (82), с.100-105.
ниевого производства широко используется процесс
иодидного рафинирования, в результате которого
происходит значительное снижение содержания в
металле азота, кислорода, углерода и многих метал-
лических примесей [4, 5].
В ходе отработки технологии получения КТЦ и
его сплавов с ниобием в ГНПП “Цирконий” накоп-
лено большое количество циркония марки КТЦ-НР
по ТУ 05.115-94, выплавленного из некондиционно-
го металла и металлических отходов путем их ЭЛП.
Одним из возможных вариантов получения из
этого металла циркония реакторной чистоты являет-
ся иодидное рафинирование.
В настоящее время уровень содержания кислоро-
да в КТЦ и сплавах КТЦ-100 и КТЦ-125 составляет
0,14%. В сплавах на основе электролитического по-
рошка Э-100, Э-110 и Э-125 в соответствии с дей-
ствующими ТУ массовая доля кислорода находится
в интервале 0,06…0,10%.
Упомянутый уровень может быть достигнут до-
бавлением к КТЦ иодидного циркония с 0,03% кис-
лорода, полученного из КТЦ-НР, и вакуумным дуго-
вым переплавом двойной или тройной шихты по
технологии, принятой в ОАО ЧМЗ для выплавки
сплавов на основе электролитического порошка.
НИОКР по совершенствованию технологии по-
лучения КТЦ с массовой долей кислорода менее
0,1% в ГНПП “Цирконий” и разработка предложе-
ний по созданию передела иодидного рафинирова-
ния с привлечением к последней работе ГУП ВНИ-
ИХТ и ОАО ЧМЗ предусмотрены Программой инте-
грации циркония украинского производства в ядер-
ное топливо реакторов ВВЭР-1000.
В настоящем сообщении изложены результаты
лабораторных исследований по иодидному рафини-
рованию некондиционного КТЦ, выполненных ГУП
ВНИИХТ и МИФИ в конце 70-х начале 80-х годов
ушедшего столетия. Цель работы состоит в опреде-
лении возможностей и места иодидного рафиниро-
вания в общей схеме переработки циркония марки
КТЦ-НР и металлических отходов с использованием
полученных прутков при выплавке сплавов на осно-
ве КТЦ реакторной чистоты.
Иодидному рафинированию подвергали стружку
КТЦ и сплава КТЦ-110, полученную при обработке
некондиционных лабораторных слитков на стро-
гальном станке. Стружка имела длину 12…15, ши-
рину 5…6 и толщину 0,5…0,8 мм.
Микротвердость и химический состав исходного
КТЦ приведены в табл.1,2. В слитках циркония и
сплава КТЦ-110 содержание кислорода, азота, угле-
рода, алюминия, кремния и, в ряде случаев, железа
превышало требования ТУ 95. 2185-90 и ТУ 95-46-
97 к кальциетермическому и иодидному цирконию.
Микротвердость исходного циркония составляла
2550…3040 МПа (260…310 кг/мм2).
Таблица 1
Микротвердость циркония до и после иодидного
рафинирования (нагрузка 100 г)
Опыт,
№
Микротвердость, МПа (кг/мм2)
Исходный После рафинирования
ин-
тер-
вал
сред-
няя
продольное
направление
поперечное
направление
интер-
вал
сред
няя
интер-
вал
сред-
няя
19-1 2844
-
3158
(290
-
322)
3040
(310)
1530
(156 )
1530
(156)
1569-
1824
(160-
186)
1667
(170
)
19-2 - - 1157-
1432
(118-
146)
1334
(136)
- -
19-3 - - 1432-
1540
(146-
157)
1442
(147)
1416-
1824
(149-
186)
1696
(173)
37 2490
-
2962
(254
-
302)
2550
(260)
- - 1667-
1893
(170-
193)
1765
(180
)
40 2805
-
3158
(286
-
322)
2912
(297)
1294-
1687
(132-
172)
1412
(144)
1893
(193)
1893
(193
)
Рафинирование проводили на лабораторной
установке МИФИ в замкнутом стеклянном аппарате
с осаждением иодидного металла на циркониевую
нить диаметром и длиной 0,5 и 427…1630 мм соот-
ветственно. Транспортирующим агентом являлся
тетраиодид циркония, находящийся в испарителе,
припаянном к левому торцу цилиндрической колбы.
Перед проведением опытов аппарат вакуумировали,
для чего его подпаивали к вакуумному агрегату, со-
стоящему из диффузионного насоса М-500, сорбци-
онной ловушки из диоксида титана и прогреваемого
высоковакуумного вентиля. При откачке аппарата,
которую проводили при температуре до 4000С, в
нем достигали остаточного давления 6,65⋅10-5 Па (5⋅
10-7 мм рт.ст.). После достижения устойчивого ваку-
ума аппарат отпаивали от вакуумной системы.
Иодид вводили в аппарат без нарушения вакуума.
В течение процесса иодидного рафинирования
температура колбы аппарата находилась в интервале
300…380 0С, температура поверхности осаждения –
1250…14750С, температура испарителя –220…
2450С. Измерение температуры нити проводили с
помощью оптического пирометра ОППИР-17, тем-
пературу испарителя определяли с помощью термо-
метра, остальные температуры – хромель-алюмеле-
выми термопарами. Цикл процесса, а, следователь-
но, и прямой выход в иодидный цирконий, был
ограничен перегревом аппарата за счет роста тепло-
вого излучения по мере осаждения циркония на ни-
ти.
101
101
10
Таблица 2
Содержание примесей в исходной стружке КТЦ, иодидном прутке и остатке от рафинирования
Опыт,
№
Ма-те-
риал
Массовая доля элемента, %
C N O F Mg Al Si Ti Cr Mn Fe Ni Cu Nb Pb
19-1 Стр. 0,048 0.013 0,09 0,036 <0,003 0,29 >0,03 <0,001 0,004 0,001 0,05 0,003 <0,001 1,0 <0,001
19-1 Пруток 0,017 0,006 <0,01 <0,003 <0,003 0,33 >0,03 <0,001 <0,003 <0,001 0,015 <0,001 <0,001 <0,025 <0,001
19-1 Ост. 0,052 0,0075 0,24 - <0,003 0,34 >0,03 <0,001 0,004 0,003 0,06 0,002 <0,001 0,925 <0,001
19-2 Пруток 0,028 0,0045 0,07 - <0,003 <0,2 >0,03 <0,001 <0,003 0,001 0,038 0,04 <0,001 0,245 <0,001
19-2 Ост. 0,018 0,025 0,17 - <0,003 <0,2 >0,03 <0,001 0,008 0,005 0,1 0.05 <0,001 1,025 <0,001
19-3 Пруток 0,011 0,0052 0,06 <0,003 0,008 0,05 >0,03 0,001 0,003 0,001 0,03 0,001 0,008 0,097 <0,001
19-3 Ост. 0,051 0,032 0,15 0,0058 - 0,9 >0,03 - - - 0,08 0,025 - 1,15 -
37 Стр. 0,052 0,011 0,20 0,021 <0,003 <0,3 >0,03 <0,001 0,006 0,003 0,17 0,004 <0,001 - <0,001
37 Пруток 0,006 0,0055 <0,01 <0,003 <0,003 <0,2 >0,03 <0,001 0,003 <0,001 0,02 <0,001 <0,001 - <0,001
37 Ост. 0,017 0,006 0,20 0,014 <0,003 0,23 >0,03 <0,001 0,006 0,002 0,11 0,006 0,002 - <0,001
40 Стр. 0,047 0,011 0,20 0,014 <0,003 <0,3 >0,03 <0,001 0,003 0,005 0,017 0,007 <0,001 - 0,006
40 Пруток 0,026 0,0065 <0,01 0,0036 <0,003 0,3 >0,03 <0,001 <0,003 <0,001 0,01 <0,001 <0,001 - <0,001
40 Ост. 0,027 0,010 0,18 0,012 <0,003 <0,3 >0,03 <0,001 0,003 0,008 0.023 0,005 0,004 - 0,003
ТУ 95.2185-90 не
более 0,02 0,006 0,14 0,003 - 0,005 0,01 0,007 0,005 0,001 0,03 0,01 0,005 - 0,005
ТУ 001.257-85
не более 0.02 0,006 0,06-
0,10 0,003 - 0,008 0,02 0,007 0,02 0,002 0,05 0,02 0,005 0,9-1,1 0,005
ТУ 95.46-97
не более 0,008 0,005 0,05 - - 0,005 0,008 0,005 0,02 0,001 0,03 0,01 0,003 - 0,005
6
Стружку сплава КТЦ-110 подвергали трехкратному рафинированию: остаток
после первой очистки промывали и использовали во втором процессе, остаток
второго рафинирования после промывки использовали в третьем процессе.
Режимы иодидного рафинирования кальциетермического циркония приведе-
ны в табл.3, из которой следует, что в процессе рафинирования были достигнуты
выхода 18,4…29,1%. Суммарное извлечение циркония из сплава КТЦ-110 за
трехкратное рафинирование составило 71,9 %.
Таблица 3
Характеристика опытов по иодидному рафинированию некондиционного
кальциетермического циркония
Опыт,
№
Масса, г
Струж-
ки
Тетраи-
одида
Длина
нити,
мм
Электрические параметры нити Температура, 0С
Ток, А Напряжение, В
нач. кон. нач. Кон.
нить Испа-
ритель
колба Колпа-
чок
Время
осажде-
ния,
ч. мин
Масса
Прутка, г
Выход, %
Пря-
мой
с уче-
том
оборо-
тов
19-1 325 6,5 427 11 103,5 14,5 6,3 1425-
1320
225-
240
300-
370
300 9.27 60 18,4 -
19-2 254 9,4 500 7,5 135 16,6 4,9 1425-
1268
230-
245
315-
300
290-
300
10.04 63,3 24,9 43,3
19-3 177,5 4,0 508 7,6 124 16,8 5,6 1405-
1270
232-
237
385-
400
390-
400
7.45 50,8 28,6 71,9
37 233,5 7,3 480 5 113 15,2 5,5 1475-
1288
230-
239
300-
370
300-
340
9.50 68 29,1 -
40 474 6,4 1630 7,5 102 58 18 1446-
1250
221-
241
300-
330
300 7.08 125 26,4 -
Характеристика химического состава иодидного циркония и остатков приве-
дена в табл.2. Рафинирование приводит к значительному снижению содержания
в металле никеля, марганца, хрома, фтора, азота, кислорода, углерода и железа.
Полученный металл по содержанию перечисленных примесей соответствует
ТУ 95.46-97. Очистка кальциетермического циркония от алюминия и кремния не
наблюдалась.
В процессе рафинирования сплава КТЦ-110 имеет место некоторый перенос
ниобия из стружки в пруток, но большая часть ниобия остается в стружке. Со-
держание ниобия в остатке после каждого процесса увеличивается приблизи-
тельно на 0,1%.
О значительной очистке циркония от примесей, и особенно от включений
карбида циркония, свидетельствуют микрофотографии образцов до и после ра-
финирования, приведенные на рис. 1,2.
а,б
Рис. 1. Микрофотография сплава КТЦ до и после иодидного рафинирования
(х200): а-исходный металл (плавка 37); б-рафинированный металл
а,б
Рис.2. Микрофотография сплава КТЦ-110 до и после иодидного рафинирования
(х200): а-исходный металл (плавка 19); б-рафинированный металл
В табл.1 приведены величины микротвердости циркония до и после рафини-
рования. Микротвердость иодидного циркония в поперечном направлении выше,
чем в продольном на 200…900 МПа (20…90 кг/мм2), что связано с анизотропией
его свойств. По сравнению с исходным материалом микротвердость иодидного
металла снизилась более чем на 1000 МПа.
Из данных табл.2 рассчитаны коэффициенты очистки (Коч.) циркония от при-
месей, равные отношению концентрации примеси в исходном материале к кон-
центрации ее в иодидном прутке. На рис.3 приведены зависимости коэффициен-
тов очистки от концентрации примеси в исходном материале. Коэффициенты
очистки от никеля, марганца, хрома, углерода, фтора, азота, кислорода и железа
линейно растут с увеличением содержания этих примесей в стружке. При одина-
ковой концентрации примесей в металле Коч. от никеля и марганца приблизитель-
но одинаковы и больше соответствующих величин для других примесей.
Рис. 3. o, ∆,ٱ – экспериментальн ые данные; Х – литературные данные[4]
Коэффициенты очистки от примесей связаны с коэффициентом очистки от
никеля, при одинаковом содержании их в исходном сырье, следующим образом:
Коч Мп = Коч Ni
Коч Cr = 0,5 Коч Ni
Kоч F = 0,33 Kоч Ni
Коч C = 0,2 Коч Ni
Коч N = 0,15 Kоч Ni
Kоч o т = 0,1 Kоч Ni
KочFe = 0,06 КочNi.
Экстраполяция зависимостей к величине Коч = 1 показывает, что в процессе
иодидного рафинирования могут быть достигнуты следующие ориентировочные
концентрации примесей в цирконии:
Ni – 0,001 мас. %
Mn – 0,001 мас. %
Cr – 0,003 мас %
С – 0,003 мас.%
N – 0,004 мас.%
O – 0,01 мас.%
Fe – 0,01 мас. %
При экстраполяции зависимостей Коч = f (Сисх.) в область высоких концентра-
ций примесей имеет место хорошее совпадение с литературными данными [4],
относящимися к иодидной очистке магниетермической губки.
Полученные зависимости коэффициентов очистки от концентрации примесей
в исходном материале весьма полезны, так как позволяют проводить оценку воз-
можностей способа иодидного рафинирования для материалов различной степе-
ни чистоты. Результаты расчета ожидаемого содержания основных примесей по-
сле иодидного рафинирования циркония марки КТЦ-НР в сравнении с фактиче-
ски достигнутым в промышленности уровнем чистоты иодидного циркония, а
также требованиями технических условий на иодидный цирконий, КТЦ и сплав
КТЦ-110 приведены в табл.4.
Из данных табл.4 следует, что ожидаемое содержание кислорода, марганца,
никеля, углерода и хрома должно соответствовать фактическому уровню их в
штатном иодидном цирконии. Массовая доля азота и железа после иодидного ра-
финирования КТЦ-НР не превысит требований ТУ на иодидный цирконий и
сплав КТЦ-110 соответственно.
Таким образом, метод иодидного рафинирования может быть с успехом при-
менен для переработки кальциетермического циркония марки КТЦ-НР и метал-
лических отходов, в которых превышены допустимые содержания никеля, мар-
ганца, фтора, азота, кислорода, железа, хрома и углерода.
Для кальциетермического циркония, загрязненного кремнием и алюминием,
метод иодидного ра-финирования не эффективен.
Очистка от кремния должна происходить на предыдущих стадиях технологи-
ческого процесса. Содержание кремния в КТЦ-НР для иодидного рафинирования
должно быть ограничено 0,01 мас. %. Очистка КТЦ от алюминия до уровня ниже
0,003 мас.% происходит на стадии электронно-лучевого переплава.
Таблица 4
Ожидаемое содержание основных примесей в иодидном цирконии из КТЦ-НР
Примесь Коч
Массовая доля, % Массовая доля, % не более
КТЦ-НР Иодидный,
ожид.
Иодидный,
факт.
Иодидный,
ТУ
95.46-97
КТЦ ,
ТУ 95.
2185-90
КТЦ-110,
ТУ 001.
257-85
Азот 3 0,015 0,005 0,002 0,005 0,006 0,006
Алюминий 1 0,005 0,005 0,003 0.005 0,005 0,008
Железо 2 0.10 0,05 0,003-0,012 0,03 0,03 0,05
Кислород 20 0,20 0,01 0,030 0,05 0,14 0,06-0,10
Кремний 1 0,04 - 0,004 0,008 0,01 0,02
Марганец >1 0,001 <0,001 0,003 0,001 0,001 0,002
Никель 20 0,02 0,001 0,003-0,008 0,01 0,01 0,02
Углерод 4 0,02 0,005 0,002-0,006 0,008 0,02 0,02
Хром 10 0,02 0,002 0,003-0,017 0,02 0,005 0,02
ЛИТЕРАТУРА
1. К.А.Линдт, А.П.Мухачев, В.В.Шаталов, М.Л.Коцарь. Совершенствование
процесса кальциетермического восстановления тетрафторида циркония
//Вопросы атомной науки и техники. Серия: «Физика радиационных повре-
ждений и радиационное материаловедение». 1999, № 2, с.3–8.
2. Ю.Ф.Коровин, В.Г.Чупринко, К.А.Линдт, А.П.Мухачев, В.Д.Федоров,
М.Л.Коцарь. Произ-водство циркония и гафния на ПО “ПХЗ” для удовле-
творения потребностей атомной энергетики Украины //Вопросы атомной
науки и техники. Серия: «Физика радиационных повреждений и радиаци-
онное материаловедение». 1994, вып.2,3, с.114–124.
3. М.Л.Коцарь, В.М.Ажажа, М.И.Борисов, П.Н.Вьюгов, А.Н.Иванов, Ю.Ф.Ко-
ровин, К.А.Линдт, А.П.Мухачев, В.Д.Федоров, В.Г.Чуп-ринко. Получение
чистых циркония и гафния //Высокочистые вещества. 1992, .№4, с.85–92.
4. Металлургия циркония /Под ред. Б.Ластмена и Ф.Керза. М: «Издатинлит»,
1959, с.91–131.
5. А.В.Елютин, Н.Д.Денисова, А.П.Баскова, О.П.Быстрова. Поведение приме-
сей в процессе иодидного рафинирования циркония и гафния //Научные
труды ГИРЕДМЕТа. М.: «Металлургия», 1980, с.63–69.
Таблица 2
Содержание примесей в исходной стружке КТЦ, иодидном прутке и остатке от рафинирования
Таблица 3
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-80152 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T06:09:18Z |
| publishDate | 2002 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Коцарь, М.Л. Никонов, В.И. Федоров, В.Д. Черемных, Г.С. Чупринко, В.Г. Линдт, К.А. Мухачев, А.П. Леонтьев, Г.А. 2015-04-12T15:53:12Z 2015-04-12T15:53:12Z 2002 Иодидное рафинирование кальциетермического циркония / М.Л. Коцарь, В.И. Никонов, В.Д. Федоров, Г.С. Черемных, Г.А. Леонтьев, В.Г. Чупринко, К.А. Линдт, А.П. Мухачев // Вопросы атомной науки и техники. — 2002. — № 6. — С. 100-105. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80152 669.296 Розглянуто можливість отримання цирконію високої чистоти із кальцієтермічного цирконію марки КТЦ-НР та металевих відходів шляхом їх йодидного рафінування. Вивчено поведінку домішок, визначена залежність коефіцієту очищення від концентрації домішок у вихідному матеріалі. За допомогою екстраполяції залежностей оцінені мінімальні концентрації домішок у йодиному цирконії.Встановлено, що ефективність очищення зменьшується у ряду: Ni=Mn>Cr >F>C>N>O>Fe, а видалення алюмінію та кремнію у процесі йодидного рафінування кальцієтермічного цирконію проблематично. Порівнянням очікуваної якості йодидного металу із КТЦ-НР з вимогами технічних умов та фактичним рівнем чистоти йодидного цирконию, досягнутого згідно з діючою технологією, показана можливість отримання кондиційного металу із КТЦ- НР та металевих відходів. При цьому зберігається головне досягнення КТЦ – вміст гафнію <0,01 мас%. Виплавка засобом ВДП сплавів із подвійної та потрійної шихти на основі КТЦ за ТУ 95.2185-90 з додаванням 35...50% йодиного цирконію кальцієтермічного походження дозволить отримувати сплави КТЦ-110 та КТЦ-125 з масовою часткою кисню 0,06...0,10% та вмістом гафнію, який відповідає світовому рівню. Рассмотрена возможность получения циркония высокой чистоты из кальциетермического циркония марки КТЦ-НР и металлических отходов путем их иодидного рафинирования. Изучено поведение примесей, определена зависимость коэффициен- та очистки от концентрации примеси в исходном материале. Экстраполяцией зависимостей оценены минимальные концентрации примесей в иодидном цирконии. Установлено, что эффективность очистки уменьшается в ряду: Ni=Mn>Cr>F>C>N>O>Fe, а удаление алюминия и кремния в процессе иодидного рафинирования кальциетермического циркония проблематично. Сравнением ожидаемого качества иодидного металла из КТЦ-НР с требованиями технических условий и фактическим уровнем чистоты иодидного циркония, достигнутым в действующей технологии, показана возможность получения кондиционного металла из КТЦ-НР и металлических отходов. При этом сохраняется главное достоинство КТЦ –содержание гафния <0,01 мас.%. Выплавка методом ВДП сплавов из двойной или тройной шихты на основе КТЦ по ТУ 95.2185-90 с добавлением 35…50% иодидного циркония кальциетермического происхождения позволит получать сплавы КТЦ-110 и КТЦ-125 с массовой долей кислорода 0,06…0,10 % и содержанием гафния, соответствующим мировому уровню. The possibility of high purity zirconium of calcium- thermal zirconium KTC-HP and metallic wastes production by iodide refining is examined. The impurities behaviour is studied , the refining coefficient dependence on the impurity concentration in the initial material is determined. The impurities minimum concentration in iodide zirconium are evaluated by extrapolation. It is determined that the refining efficiency decreases in the range: Ni = Mn > Cr > F > C > N > O > Fe and aluminium and silicon removal during the iodide refining of calcium thermal zirconium is problematic. By comparison of iodide metal of KTC-HP expected quality with the specifications and the iodide zirconium purity real level obtained in the adopted practice the possibility of standard metal production of KTC-HP and metal wastes is demonstrated. The principal merit of KTC – hafnium content < 0,01 mass % is preserved. Alloys melting of double or triple mixture on the base of KTC according TS 95.2185-90 with the addition of 35…50 % of iodide zirconium by the method VDP will allow to obtain the alloys KTC-110 and KTC-125 with oxygen fraction of total mass 0,06…0,10 % and hafnium content, meeting the world standards. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Материалы реакторов на тепловых нейронах Иодидное рафинирование кальциетермического циркония Article published earlier |
| spellingShingle | Иодидное рафинирование кальциетермического циркония Коцарь, М.Л. Никонов, В.И. Федоров, В.Д. Черемных, Г.С. Чупринко, В.Г. Линдт, К.А. Мухачев, А.П. Леонтьев, Г.А. Материалы реакторов на тепловых нейронах |
| title | Иодидное рафинирование кальциетермического циркония |
| title_full | Иодидное рафинирование кальциетермического циркония |
| title_fullStr | Иодидное рафинирование кальциетермического циркония |
| title_full_unstemmed | Иодидное рафинирование кальциетермического циркония |
| title_short | Иодидное рафинирование кальциетермического циркония |
| title_sort | иодидное рафинирование кальциетермического циркония |
| topic | Материалы реакторов на тепловых нейронах |
| topic_facet | Материалы реакторов на тепловых нейронах |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80152 |
| work_keys_str_mv | AT kocarʹml iodidnoerafinirovaniekalʹcietermičeskogocirkoniâ AT nikonovvi iodidnoerafinirovaniekalʹcietermičeskogocirkoniâ AT fedorovvd iodidnoerafinirovaniekalʹcietermičeskogocirkoniâ AT čeremnyhgs iodidnoerafinirovaniekalʹcietermičeskogocirkoniâ AT čuprinkovg iodidnoerafinirovaniekalʹcietermičeskogocirkoniâ AT lindtka iodidnoerafinirovaniekalʹcietermičeskogocirkoniâ AT muhačevap iodidnoerafinirovaniekalʹcietermičeskogocirkoniâ AT leontʹevga iodidnoerafinirovaniekalʹcietermičeskogocirkoniâ |