Экстракционно-кальциетермическая технология получения гафния
Представлена технология получения металлического гафния в процессе кальцие-термического восстановления тетрафторида гафния.
Збережено в:
| Дата: | 1999 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , , , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
1999
|
| Назва видання: | Вопросы атомной науки и техники |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/80330 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Экстракционно-кальциетермическая технология получения гафния / В.В. Шаталов, В.Д. Федоров, М.Л. Коцарь, В.Г. Чупринко, К.А. Линдт, А.М. Лахов, А.П. Мухачев, В.М. Ажажа, В.К. Коронцевич, О.В. Бочаров, В.Б. Пономаренко, Е.П. Клочков, В.Д. Рисованый // Вопросы атомной науки и техники. — 1999. — № 2. — С. 9-13. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-80330 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-803302015-04-16T03:01:48Z Экстракционно-кальциетермическая технология получения гафния Шаталов, В.В. Федоров, В.Д. Коцарь, М.Л. Чупринко, В.Г. Линдт, К.А. Лахов, А.М. Мухачев, А.П. Ажажа, В.М. Коронцевич, В.К. Бочаров, О.В. Пономаренко, В.Б. Клочков, Е.П. Рисованый, В.Д. Состояние и проблемы металлургии циркония, гафния и их сплавов Представлена технология получения металлического гафния в процессе кальцие-термического восстановления тетрафторида гафния. 1999 Article Экстракционно-кальциетермическая технология получения гафния / В.В. Шаталов, В.Д. Федоров, М.Л. Коцарь, В.Г. Чупринко, К.А. Линдт, А.М. Лахов, А.П. Мухачев, В.М. Ажажа, В.К. Коронцевич, О.В. Бочаров, В.Б. Пономаренко, Е.П. Клочков, В.Д. Рисованый // Вопросы атомной науки и техники. — 1999. — № 2. — С. 9-13. — рос. 1562-6016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/80330 669.297 ru Вопросы атомной науки и техники Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Состояние и проблемы металлургии циркония, гафния и их сплавов Состояние и проблемы металлургии циркония, гафния и их сплавов |
| spellingShingle |
Состояние и проблемы металлургии циркония, гафния и их сплавов Состояние и проблемы металлургии циркония, гафния и их сплавов Шаталов, В.В. Федоров, В.Д. Коцарь, М.Л. Чупринко, В.Г. Линдт, К.А. Лахов, А.М. Мухачев, А.П. Ажажа, В.М. Коронцевич, В.К. Бочаров, О.В. Пономаренко, В.Б. Клочков, Е.П. Рисованый, В.Д. Экстракционно-кальциетермическая технология получения гафния Вопросы атомной науки и техники |
| description |
Представлена технология получения металлического гафния в процессе кальцие-термического восстановления тетрафторида гафния. |
| format |
Article |
| author |
Шаталов, В.В. Федоров, В.Д. Коцарь, М.Л. Чупринко, В.Г. Линдт, К.А. Лахов, А.М. Мухачев, А.П. Ажажа, В.М. Коронцевич, В.К. Бочаров, О.В. Пономаренко, В.Б. Клочков, Е.П. Рисованый, В.Д. |
| author_facet |
Шаталов, В.В. Федоров, В.Д. Коцарь, М.Л. Чупринко, В.Г. Линдт, К.А. Лахов, А.М. Мухачев, А.П. Ажажа, В.М. Коронцевич, В.К. Бочаров, О.В. Пономаренко, В.Б. Клочков, Е.П. Рисованый, В.Д. |
| author_sort |
Шаталов, В.В. |
| title |
Экстракционно-кальциетермическая технология получения гафния |
| title_short |
Экстракционно-кальциетермическая технология получения гафния |
| title_full |
Экстракционно-кальциетермическая технология получения гафния |
| title_fullStr |
Экстракционно-кальциетермическая технология получения гафния |
| title_full_unstemmed |
Экстракционно-кальциетермическая технология получения гафния |
| title_sort |
экстракционно-кальциетермическая технология получения гафния |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| publishDate |
1999 |
| topic_facet |
Состояние и проблемы металлургии циркония, гафния и их сплавов |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/80330 |
| citation_txt |
Экстракционно-кальциетермическая технология получения гафния / В.В. Шаталов, В.Д. Федоров, М.Л. Коцарь, В.Г. Чупринко, К.А. Линдт, А.М. Лахов, А.П. Мухачев, В.М. Ажажа, В.К. Коронцевич, О.В. Бочаров, В.Б. Пономаренко, Е.П. Клочков, В.Д. Рисованый // Вопросы атомной науки и техники. — 1999. — № 2. — С. 9-13. — рос. |
| series |
Вопросы атомной науки и техники |
| work_keys_str_mv |
AT šatalovvv ékstrakcionnokalʹcietermičeskaâtehnologiâpolučeniâgafniâ AT fedorovvd ékstrakcionnokalʹcietermičeskaâtehnologiâpolučeniâgafniâ AT kocarʹml ékstrakcionnokalʹcietermičeskaâtehnologiâpolučeniâgafniâ AT čuprinkovg ékstrakcionnokalʹcietermičeskaâtehnologiâpolučeniâgafniâ AT lindtka ékstrakcionnokalʹcietermičeskaâtehnologiâpolučeniâgafniâ AT lahovam ékstrakcionnokalʹcietermičeskaâtehnologiâpolučeniâgafniâ AT muhačevap ékstrakcionnokalʹcietermičeskaâtehnologiâpolučeniâgafniâ AT ažažavm ékstrakcionnokalʹcietermičeskaâtehnologiâpolučeniâgafniâ AT koroncevičvk ékstrakcionnokalʹcietermičeskaâtehnologiâpolučeniâgafniâ AT bočarovov ékstrakcionnokalʹcietermičeskaâtehnologiâpolučeniâgafniâ AT ponomarenkovb ékstrakcionnokalʹcietermičeskaâtehnologiâpolučeniâgafniâ AT kločkovep ékstrakcionnokalʹcietermičeskaâtehnologiâpolučeniâgafniâ AT risovanyjvd ékstrakcionnokalʹcietermičeskaâtehnologiâpolučeniâgafniâ |
| first_indexed |
2025-07-06T04:17:51Z |
| last_indexed |
2025-07-06T04:17:51Z |
| _version_ |
1836869717113962496 |
| fulltext |
УДК 669.297
ЭКСТРАКЦИОННО-КАЛЬЦИЕТЕРМИЧЕСКАЯ
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГАФНИЯ
В.В.Шаталов, В.Д.Федоров, М.Л.Коцарь (ВНИИХТ,г.Москва,Россия),
В.Г.Чупринко (ОАО ТВЭЛ,г.Москва Россия),
К.А.Линдт, А.М.Лахов, А.П.Мухачев (ГНПП «Цирконий»,г.Днепродзержинск,Украина),
В.М.АЖАЖА (ННЦ ХФТИ,г.Харьков,Украина),
В.К.Коронцевич,О.В.Бочаров(ГНЦ РФ ВНИИНМ, г.Москва,Россия),
В.Б.Пономаренко (ГП МЗП,г.Москва,Россия),
Е.П.Клочков, В.Д.Рисованый (ГНЦ РФ НИИАР,г.Димитровград, Россия)
Представлена технология получения металлического гафния в процессе кальцие-термического восстанов-
ления тетрафторида гафния.
Во ВНИИХТ и ПО «ПХЗ» с привлечением
других организаций разработана технология
получения металлического гафния, принци-
пиальная схема которой приведена на рис.1.
Рис.1. Принципиальная схема технологии полу-
чения гафния
Гидрометаллургический передел в техноло-
гии гафния является частью технологии
очистки циркония, характеризуется идентич-
ностью операций и отличается увеличением
числа ступеней экстракционного разделения.
В основе металлургического передела техно-
логии лежит процесс кальцие-термического
восстановления (КТВ) тетрафторида гафния
(ТФГ).
Промышленные испытания, законченные
выпуском готовой продукции, прошли три
варианта технологии:
1. Выплавка сплава гафний-никель, измель-
чение его и иодидное рафинирование крупки
с получением прутков марки ГФИ-1 по
ГОСТ 22517-77.
2. Выплавка сплава гафний-железо, 2-3 крат-
ный электронно-лучевой переплав с получе-
нием гафния марки КТГ по
ТУ 95.2195-90.
3. Выплавка сплава гафний-алюминий, 2-3
кратный электронно-лучевой переплав с по-
лучением гафния марки КТГ по
ТУ 95.2195-90.
Первый из вариантов предусматривает полу-
чение лигатуры гафний-никель марки ГФН-
10 по ТУ 48-4-419-80. Эта лигатура имеет
самостоятельное применение в авиационной
промышленности для легирования жаро-
прочных сплавов на основе никеля, исполь-
зуемых для изготовления лопаток газовых
турбин. Из лигатуры гафний-никель мето-
дом иодидного рафинирования в аппарате Г-
3 в АО ЧМЗ в 1983, 1984 г.г. выпущена пар-
тия иодидного гафния марки ГФИ-1 массой
130 кг (табл.1). Этот материал был переплав-
лен и подвергнут деформационной обра-
ботке (ГНЦ РФ ВНИИНМ ). Прутки и трубы
из иодидного гафния прошли полный
комплекс металлографических, физико-ме-
ханических, коррозионных, реакторных и
послереакторных испытаний ( ГНЦ РФ
ВНИИНМ, ГП «МЗП», ГНЦ РФ НИИАР).
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 1999.№2
СЕРИЯ: ФИЗИКА РАДИАЦИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ И РАДИАЦИОННОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ . (77) С.9-13
9
Положительные результаты этих испытаний
обосновали возможность изготовления изде-
лий из гафния, выполняющих функции
поглощающего и конструкционного матери-
ала. В развитие этих работ во ВНИИХТ по
договору с ГП «МЗП» разработан, изготов-
лен и смонтирован опытный стенд, рассчи-
танный на получение 400кг/год иодидного
гафния марки ГФИ-1 из лигатуры или метал-
лических отходов и оборотов. При необхо-
димости опытная установка может быть вве-
дена в эксплуатацию в течение 3-х месяцев
и одного года в режиме ручного и автомати-
ческого управления соответственно.
Технология получения металлического гаф-
ния по второму варианту внедрена в ПО
«ПХЗ» и в настоящее время функционирует
в ГНПП «Цирконий» (г.Днепродзержинск,
Украина ). Созданные производственные
мощности позволяют выпускать до 30 тонн
гафния в год. Фактический выпуск гафния
марки КТГ составляет в настоящее время
примерно 5 тонн/год. Из гафния марки КТГ
ГНЦ РФ ВНИИНМ изготовлены трубы
(диаметр 9,6 мм, толщина стенки 2мм) и
прутки (диаметр 9,6 мм), которые прошли
комплекс металлографических, физико-ме-
ханических, коррозионных и радиационных
испытаний (ГНЦ РФ ВНИИНМ, ГП «МЗП»,
ГНЦ РФ НИИАР (табл. 2,3).
Таблица 1
Химический состав отечественного и зарубежного гафния
Элемент
Изделия из магние-
термического гаф-
ния АSТМ
В737-84
Иодидный гафний
марка ГФИ-1
ГОСТ
22517-77
Кальциетермический гафний, марка
КТГ
ТУ 95.2195-90
марка
R-1
марка
R-2
треб. факт. треб. Факт. из
Hf-Fe
факт. из
Нf-Al
№ Массовая доля , %
1 Гафний +
Цирконий
не менее
99,8
не менее
99,6
не менее
99,8
не менее
99,9
не менее
99,8
не менее
99,92
не менее
99,94
2 Цирконий 2-4 2-4 не более
1,0
не более
0,8
не более
1,0
не более
0,7
не более
0,7
3 Азот не более
0,010
не более
0,010
0,005 0,003 0,005 0,003 0,003
4 Алюминий 0,010 0,020 0,005 0,003 0,005 0,003 0,003
5 Ванадий 0,0050 0,010 --- --- --- --- ---
6 Водород 0,0025 0,0035 --- --- --- --- ---
7 Вольфрам 0,0150 0,0150 --- -- 0,01 0,001 0,001
8 Железо 0,0250 0,050 0,04 0,007 0,04 0,02 0,003
9 Кальций --- --- 0,01 0,01 0,01 0,001 0,001
10 Кислород 0,040 0,080 --- 0,02 0,05 0,05 0,04
11 Кремний 0,010 0,020 0,005 0,004 0,005 0,005 0,003
12 Магний --- --- 0,004 0,003 0,004 0,003 0,003
13 Марганец --- --- 0,0005 0,0003 0,0005 0,0003 0,0003
14 Медь 0,010 0,015 --- --- 0,005 0,002 0,002
15 Молибден 0,0020 0,0050 0,1 0,07 0,01 0,001 0,001
16 Никель 0,0050 0,010 0,05 0,01 0,02 0,01 0,003
17 Ниобий 0,010 0,020 --- --- 0,01 0,002 0,002
18 Олово 0,0050 0,010 --- --- --- --- ---
19 Тантал 0,020 0,050 --- --- --- --- ---
20 Титан 0,010 0,020 0,005 0,003 0,005 0,001 0,001
21 Углерод 0,015 0,015 0,01 0,01 0,01 0,003 0,003
22 Уран 0,0010 0,0010 --- --- --- --- ---
23 Хром 0,010 0,020 0,003 0,003 0,003 0,001 0,001
Таблица 2
Свойства гафния марки КТГ в литом и деформированном состоянии
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 1999.№2
СЕРИЯ: ФИЗИКА РАДИАЦИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ И РАДИАЦИОННОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ . (77) С.9-13
9
По данным ННЦ ХФТИ и ГНЦ РФ ВНИИНМ/
Свойства
Температу-
ра
испытания,
0 С
Слиток
Труба после обжига
требования фактические
заказчика результаты
Твердость, НВ 20 150-220 --- ---
Микротвердость,МП
а
20 2500-3500 --- ---
Ударная вязкость,
Дж/см2
20 13-18 --- ---
Условный предел
текучести, МПа
20
380
900
190-310
---
26-68
не менее 250
не менее 200
---
335-355
220-250
---
Предел прочности,
МПа
20
380
900
250-450
---
48-75
не менее 400
не менее 300
---
510-560
380-420
---
Относительное
удлинение, %
20
380
900
2-5
---
22-48
не менее 18
не менее 20
---
20-32
22-40
---
Скорость коррозии в
воде, мм/год
350 --- --- менее 0,005
Таблица 3
Свойства труб из гафния после облучения в реакторе СМ-2
/По данным ГНЦ РФ НИИАР/
Свойства
Марка исходного гафния
Г Ф И - 1 К Т Г
1) 2) 1) 2)
Изменение объема,
%
0,21 0,6 0,23 0,5
Изменение диамет-
ра, %
0 -0,2 0 -1,4
Радиационный рост,
%
0,12 0,4 0,14 2,1
Микротвердость,
МПа
2400 3800 2700 4100
Условный предел
текучести, МПа
450 610 540 650
Предел прочности,
МПа
530 980 620 1020
Относительное
удлинение, %
8,4 2,2 7,4 1,2
Увеличение массы
образца, мг/дм2
24 86 26 64
Температура воды 230 - 310 0С, давление - 16-20 Мпа
Флюенс нейтронов ( Е>0,1 МэВ) :
1) 5х1020 см-2 ;
2) 2,4 х1022 см-2
Установлено, что по сравнению с иодидным
гафнием марки ГФИ-1, полученным также
по кальциетермической технологии, гафний
марки КТГ характеризуется более высоким
содержанием кислорода и твердостью ( 0,04-
0,05 мас.% и 190-220 НВ вместо 0,01-0,02
масс.% и 130 -150 НВ. Отмечена также не-
которая локальная неоднородность по содер-
жанию азота, железа, кислорода и кремния.
После облучения в реакторе СМ-2( ГНЦ РФ
11
НИИАР ) трубы из гафния марки КТГ харак-
теризуются близкими, но несколько более
высокими величинами микротвердости, пре-
делов текучести и прочности, а также более
низкой пластичностью по сравнению с изде-
лиями из иодидного гафния марки ГФИ-1
(табл.3).Рост флюенса нейтронов (Е>0,1
МэВ) от 5х1020 см-2 до 2,4х1020 см-2 приво-
дит к аномально высокому увеличению ра-
диационного роста труб из гафния марки
КТГ, коррозионная стойкость их при этом
несколько выше, чем у гафния марки ГФИ-1.
В 1995-1997 гг. уровень содержания кисло-
рода в гафнии марки КТГ снижен до 0,03-
0,04 мас.%, благодаря введению в шихту
восстановительной плавки раскислителя ме-
таллического алюминия.
В 1996-1997 гг. ГП «МЗП» выпущены изде-
лия ПС СУЗ с поглощающими элементами в
виде стержней диаметром 7 мм и высотой
300 мм, изготовленных из кальциетермиче-
ского гафния марки КТГ. Изделия установ-
лены на третьем блоке Ровенской АЭС и
проходят опытно-промышленные испыта-
ния.
Третий вариант технологии является разно-
видностью второго и также испытан в ПО
«ПХЗ». В ходе испытаний из сублимирован-
ного ТФГ получено более 1 тонны гафния
марки КТГ с более низкими, чем во втором
способе, содержанием кислорода и твердо-
стью, которые составляют 0,01-0,03 мас.% и
150-180 НВ соответственно.
Рис.2 Установка для получения сплавов
Благодаря высокой раскисляющей способ-
ности алюминия в опытных плавках был ис-
пользован также несублимированный ТФГ,
подвергнутый предварительной отгазовке в
вакууме и стабилизации при температуре в
интервале 660-650 град.С. В процессе укруп-
ненных испытаний из несублимированного,
стабилизированного ТФГ, содержащего 0,2 -
0,3 мас.% кислорода, выплавлено 80 кг спла-
ва гафний-алюминий. После 2-кратного
ЭЛП в печи ЕМО-250 получено 60 кг гафния
марки КТГ с содержанием кислорода, азота
и алюминия 0,03-0,04; 0,003-0,004 и менее
0,003 соответственно. Сумма гафния и цир-
кония в этом металле за вычетом из 100%
суммы 16 примесей, включая кислород, азот
11
и углерод, составила 99,94-99,95 мас.%. Из
части полученного металла в результате де-
формационной обработки получен пруток
гафния диаметром 7 мм. Усовершенствован-
ный третий вариант может быть рекомендо-
ван для реализации в АО «ЧМЗ».Это пред-
приятие выпускает монолитный кальций с
содержанием азота и кислорода не более
0,002 и 0,1 мас.%. Свободное оборудование
для дистилляции кальция может быть ис-
пользовано для стабилизации или сублима-
ции ТФГ. Чертежи аппарата для восстано-
вительной плавки со стальным тиглем за-
данной производительности (рис.2) могут
быть разработаны ВНИИХТ, а изготовление
его проведено в АО «ЧМЗ». ЭЛП может
быть осуществлен на одной из печей, имею-
щихся в АО «ЧМЗ».
В плане доработки технологии и создания в
РФ производства металлического гафния
высокой чистоты ВНИИХТ предлагает в
1998-2000 гг. выполнить проект НИОКР :
«Усовершенствованная технология получе-
ния металлического гафния чистотой не ме-
нее 99,95% с повышенной коррозионной и
радиационной стойкостью для ПЭЛ изделий
ПС СУЗ», включающий стадии и этапы:
1. Повышение чистоты и стабильности каче-
ства ТФГ на стадиях осаждения, дегидрата-
ции, стабилизации и вакуумной сублима-
ции.
2. Снижение содержания кислорода в КТГ
до 0,03 мас.% и стабилизация его качества.
3. Ввод в эксплуатацию специализирован-
ного электронно-лучевого стенда. Выпуск
опытных слитков КТГ диаметром 85 мм, вы-
сотой 400 мм с содержанием кислорода не
более 0,03 мас.% и твердостью не выше 180
НВ.
4. Ввод в эксплуатацию установки иодид-
ного рафинирования гафния производитель-
ностью до 400 кг/год. Переработка металли-
ческих отходов, включая отходы деформа-
ционного передела, иодидным методом.
5. Переработка возгонов ЭЛП гидрометал-
лургическими и металлургическими спосо-
бами.
6. Повышение чистоты и стабильности каче-
ства КТГ путем выплавки слитков из двой-
ной шихты / КТГ и ГФИ/.
7. Выдача исходных данных на проектирова-
ние промышленного производства гафния в
АО «ЧМЗ».
В целях снижения себестоимости фторида
гафния планируется также в 1998-1999гг.
разработать и испытать в промышленных
условиях фторидно-ректификационную тех-
нологию очистки циркония и гафния с по-
следующей конверсией тетрахлорида гафния
в тетрафторид. .
11
|