इस रहस्य को उजागर करना कि कैसे ज़िरकोनियम और हेफ़नियम का पृथक्करण एक नए युग को संचालित कर सकता है

ज़िरकोनियम और हेफ़नियम, आवर्त सारणी में "जुड़वा भाई", अपनी उच्च रासायनिक समानता के कारण अलग करने के लिए सबसे कठिन तत्व युग्मों में से एक हैं। हालाँकि, उनके परमाणु गुण काफी भिन्न हैं: ज़िरकोनियम में एक छोटा न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस सेक्शन होता है और यह परमाणु रिएक्टर क्लैडिंग के लिए पसंद की सामग्री है; दूसरी ओर, हेफ़नियम में एक बड़ा न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस सेक्शन होता है और इसका उपयोग परमाणु रिएक्टरों के लिए नियंत्रण रॉड के रूप में किया जाता है।

इन "जुड़वां भाइयों" की पृथक्करण शुद्धता सीधे परमाणु रिएक्टरों की सुरक्षा और दक्षता से संबंधित है। उनमें से, परमाणु ग्रेड ज़िरकोनियम स्पंज में हेफ़नियम की सामग्री 0.01% से कम होनी चाहिए इसलिए, ज़िरकोनियम और हेफ़नियम की पृथक्करण तकनीक उच्च {{2}शुद्धता वाले परमाणु ग्रेड सामग्री प्राप्त करने की कुंजी बन गई है, और यह आज की परमाणु ऊर्जा और उच्च तकनीकी क्षेत्रों में एक अनिवार्य कोर तकनीक भी है।

चुनौतियाँ और आवश्यकताएँ, जिरकोनियम और हेफ़नियम को अलग करना इतना कठिन क्यों है?

ज़िरकोनियम और हेफ़नियम हमेशा प्रकृति में सह-अस्तित्व में रहते हैं, और उनके रासायनिक गुण बहुत समान हैं। यह लैंथेनाइड सिकुड़न प्रभाव के कारण होता है जिसके कारण उनकी आयनिक त्रिज्या लगभग समान होती है, जिससे रासायनिक पृथक्करण विधि को काम करना मुश्किल हो जाता है।

हालाँकि, उनका परमाणु प्रदर्शन बहुत अलग है। थर्मल न्यूट्रॉन के लिए ज़िरकोनियम का अवशोषण क्रॉस सेक्शन केवल 0.18 लक्ष्य एन है, जबकि हेफ़नियम का अवशोषण क्रॉस सेक्शन 105 लक्ष्य एन जितना अधिक है। इस विशाल अंतर का मतलब है कि परमाणु - ग्रेड जिरकोनियम में मौजूद हेफ़नियम अशुद्धियों की थोड़ी मात्रा भी परमाणु रिएक्टरों की परिचालन दक्षता और सुरक्षा को गंभीर रूप से प्रभावित कर सकती है।

वर्तमान में, परमाणु ग्रेड ज़िरकोनियम सामग्री के लिए अंतर्राष्ट्रीय आवश्यकताएं बेहद सख्त हैं, और हेफ़नियम सामग्री 0.01% (100 पीपीएम) से कम होनी चाहिए। यह सख्त मानक ज़िरकोनियम और हेफ़नियम पृथक्करण तकनीक को परमाणु उद्योग के क्षेत्र में एक प्रमुख कोर तकनीक बनाता है, और यह देश की नई सामग्री अनुसंधान और विकास क्षमताओं की एक महत्वपूर्ण अभिव्यक्ति भी है।

1. पारंपरिक तरीके, पुनर्क्रिस्टलीकरण और आयन एक्सचेंज

ज़िरकोनियम और हेफ़नियम का प्रारंभिक पृथक्करण मुख्य रूप से पुन: क्रिस्टलीकरण और आयन विनिमय विधियों पर निर्भर था। पुनर्क्रिस्टलीकरण विधि पृथक्करण के लिए जलीय घोल में K₂ ZrF और K₂ HfF की घुलनशीलता में छोटे अंतर का उपयोग करती है।

293 K पर पानी में K ₂ ZrF की घुलनशीलता 0.0576 mol/L है, जबकि K ₂ HfF → की घुलनशीलता 0.083 mol/L है, जो पहले की तुलना में 1.45 गुना है। एकाधिक क्रिस्टलीकरण के लिए तापमान को नियंत्रित करके, कम घुलनशीलता K ₂ ZrF → पहले क्रिस्टलीकृत और अवक्षेपित होता है, और उच्च घुलनशीलता K ₂ HfF → मूल शराब में रहता है।

इस विधि में हेफ़नियम सामग्री को 0.5%-2.0% से घटाकर 0.01% से कम करने के लिए 16{5}}18 पुनर्क्रिस्टलीकरण की आवश्यकता होती है, जो अक्षम और महंगा है। पूर्व सोवियत संघ ने 1950 के दशक में परमाणु-ग्रेड ज़िरकोनिया का उत्पादन करने के लिए इस विधि का उपयोग किया था, जिसे अधिक उन्नत तरीकों से बदल दिया गया है।

आयन एक्सचेंज विधि का उपयोग राल पर अलग-अलग सोखने की क्षमता के अनुसार जिरकोनियम और हेफ़नियम आयनों को अलग करने के लिए किया जाता है। ज़िरकोनियम और हेफ़नियम के हाइड्रॉक्साइड को सल्फ्यूरिक एसिड के साथ भंग कर दिया गया था, और मूल समाधान को शुद्ध किया गया था और कटियन एक्सचेंज राल से सुसज्जित एक एक्सचेंज कॉलम के माध्यम से पारित किया गया था।

फिर इसे अलग-अलग सांद्रता के सल्फ्यूरिक एसिड समाधान के साथ अवशोषित किया जाता है, पहले जिरकोनियम को H ₂ SO → 0.5 mol/L युक्त समाधान के साथ अवशोषित किया जाता है, और फिर हेफ़नियम को H ₂ SO → 1 mol/L युक्त समाधान के साथ अवशोषित किया जाता है। केवल पूर्व सोवियत संघ ने हेफ़नियम ऑक्साइड का उत्पादन करने के लिए हेफ़नियम समृद्ध सामग्री से ज़िरकोनियम और हेफ़नियम को अलग करने के लिए इस पद्धति का उपयोग किया था।

2. आधुनिक प्रौद्योगिकी, विलायक निष्कर्षण प्रौद्योगिकी की प्रमुख स्थिति

जिरकोनियम और हेफ़नियम को अलग करने के लिए सॉल्वेंट निष्कर्षण मुख्यधारा की तकनीक बन गई है, और मल्टी{0}स्टेज काउंटर{{1}वर्तमान केन्द्रापसारक निष्कर्षण प्रक्रिया क्षेत्र के स्तर का प्रतिनिधित्व करती है।

· बहु{{0}स्टेज काउंटर{{1}वर्तमान केन्द्रापसारक निष्कर्षण के लाभ

मल्टी{0}स्टेज काउंटर{{1}वर्तमान डिज़ाइन मल्टी{2}स्टेज केन्द्रापसारक निष्कर्षण इकाइयों की एक श्रृंखला के माध्यम से जिरकोनियम और हेफ़नियम युक्त अर्क और सामग्री तरल के रिवर्स प्रवाह का एहसास करता है, जो एक्सट्रैक्टेंट की क्षमता के उपयोग को अधिकतम कर सकता है, ताकि ज़िरकोनियम और हेफ़नियम को दो चरणों के बीच बार-बार वितरित किया जा सके, और पृथक्करण गुणांक में काफी सुधार हुआ है।

केन्द्रापसारक बल क्षेत्र दक्षता एक और लाभ है। केन्द्रापसारक चिमटा 3000 {2 5000 आरपीएम की उच्च गति पर घूमता है, और उत्पन्न सुपर {3 }} गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र दो-चरण मिश्रण और प्रदूषण को तेज करता है, निष्कर्षण टैंक में पूरी होने वाली बड़े पैमाने पर स्थानांतरण प्रक्रिया को कई घंटों से सेकंड तक छोटा कर देता है, पायसीकारी घटना, और शुद्धता और स्थिरता सुनिश्चित करता है।

· निष्कर्षण प्रणाली नवाचार

निष्कर्षण प्रणाली के निरंतर नवाचार ने तकनीकी प्रगति को बढ़ावा दिया है। जिरकोनियम के प्रति इसकी उच्च चयनात्मकता के कारण ट्रिब्यूटाइल फॉस्फेट (टीबीपी) का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, लेकिन उच्च अम्लता पर उपकरण को संक्षारित करना और इमल्सीफाई करना आसान है।

अभिनव समाधान एक सहक्रियात्मक निष्कर्षण प्रणाली (जैसे टीबीपी डी2ईएचपीए) पेश करता है, जो समन्वय प्रतिस्पर्धा तंत्र के माध्यम से जिरकोनियम और हेफ़नियम के वितरण अंतर को बढ़ाता है, और पृथक्करण गुणांक को 30% -50% तक बढ़ाया जा सकता है।

DIBK-Cyanex923 सिस्टम एक अन्य हरित विकल्प है। नतीजे बताते हैं कि जब जलीय चरण की अम्लता 2.97 mol/L है, तो पृथक्करण गुणांक 37.1 तक पहुंच सकता है, जो संयुक्त राज्य अमेरिका में MIBK-HSCN प्रणाली ({6}}) से अधिक है, और थायोसाइनेट, जो विषाक्त पदार्थों में विघटित होना आसान है, की आवश्यकता नहीं है।

3. पूरी तरह से संक्षारणरोधी प्रबलित सामग्रियों के लिए नए केन्द्रापसारक निष्कर्षण उपकरण

ZKCQ की नई उच्च दक्षता वाली लिथियम बैटरी रासायनिक केन्द्रापसारक निष्कर्षण मशीन स्वचालन प्रौद्योगिकी और नई सामग्री अनुप्रयोगों के आधार पर झोंगके न्यू एनर्जी द्वारा निर्मित उच्च पृथक्करण कारक और मजबूत स्थिरता वाला एक राष्ट्रीय मानक उपकरण है। मजबूत एसिड, मजबूत क्षार और मजबूत संक्षारक अवसरों के लिए, उपकरण पूरी तरह से एंटीकोर्सिव प्रबलित सामग्री से बनाया जा सकता है। चरण संतुलन छोटा है, और यह बहु-चरण श्रृंखला/क्रॉस-प्रवाह निष्कर्षण और धुलाई का एहसास कर सकता है, जो गहरे निष्कर्षण के लिए उपयुक्त है।

द्वितीय. उपकरण अनुप्रयोग

नई ऊर्जा और नई सामग्री चिकित्सा रसायन उत्पादन ललित रसायन, संसाधन पुनर्जनन, जलधातुकर्म, उपचार, खाद्य प्रसंस्करण, बायोइंजीनियरिंग निष्कर्षण और विभिन्न कच्चे माल मध्यवर्ती उत्पादन/तरल -तरल पृथक्करण: लिथियम बैटरी रीसाइक्लिंग/नमक झील लिथियम निष्कर्षण, आदि।

यह निलंबित ठोस पदार्थों, उच्च निष्कर्षण और पृथक्करण मापदंडों के बिना अवसरों के लिए उपयुक्त है, और चरण प्रवाह अनुपात की सीमा अपेक्षाकृत व्यापक है, और केन्द्रापसारक बल की कार्रवाई के तहत आंतरिक गुहा पूरी तरह से साफ हो जाती है। विभिन्न घनत्व और चिपचिपाहट वाली तरल सामग्री को वियर प्लेटों और आवृत्ति रूपांतरण को बदलकर समायोजित किया जा सकता है; मजबूत एसिड, मजबूत क्षार और मजबूत संक्षारक अवसरों में बहु-चरण निष्कर्षण पृथक्करण का एहसास करें।

4. परमाणु ऊर्जा से लेकर विमानन तक अनुप्रयोगों की संभावनाएँ

उच्च शुद्धता वाले ज़िरकोनियम और हेफ़नियम सामग्रियों में कई उच्च अंत क्षेत्रों में व्यापक अनुप्रयोग संभावनाएं हैं। परमाणु ग्रेड ज़िरकोनियम तैयारी के क्षेत्र में, एक उद्यम ने एक अनुकूलित प्रक्रिया अपनाई है, और ज़िरकोनियम उत्पादों में हेफ़नियम सामग्री 0.5% से घटाकर 10 पीपीएम से कम कर दी गई है, जो परमाणु रिएक्टर कोटिंग सामग्री के लिए पूरी तरह से आवश्यक है।

इससे एविएशन क्षेत्र को भी फायदा होता है. उच्च शुद्धता वाले हाफ़नियम मिश्र धातु की तन्य शक्ति 15% बढ़ गई है, और उच्च तापमान प्रतिरोध 1600 डिग्री से अधिक हो गया है, जो रॉकेट इंजन नोजल की मुख्य सामग्री बन गया है।

सानक्सियांग न्यू मटेरियल्स (603663. एसएच) और अन्य उद्यम सक्रिय रूप से "जिरकोनियम {{1} हेफ़नियम पृथक्करण" प्रौद्योगिकी अनुसंधान कर रहे हैं, और "ज़िरकोनियम {{5} हेफ़नियम पृथक्करण" प्रौद्योगिकी के माध्यम से उच्च मूल्यवर्धित परमाणु सामग्री और उच्च {{4} शुद्धता हेफ़नियम सामग्री विकसित करने के लिए कच्चे माल के रूप में ज़िरकोनियम ऑक्सीक्लोराइड का उपयोग करने की योजना बना रहे हैं। रणनीतिक लेआउट.

"ज़िरकोनियम {{0} हेफ़नियम पृथक्करण" द्वारा प्राप्त हेफ़नियम सामग्री का व्यापक रूप से परमाणु ऊर्जा, उच्च {{1} तापमान मिश्र धातु, अर्धचालक उच्च -k सामग्री और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किया गया है।