Использование - цирконий
Cтраница 1
Использование циркония в ядерных реакторах несколько ограничивается вследствие его невысокой прочности при высоких температурах и слабого сопротивления коррозии в условиях реактора. Однако низкое сечение поглощения тепловых нейтронов делает его чрезвычайно желательным материалом. Было разработано много циркониевых сплавов с повышенной прочностью при высоких температурах и сопротивлением коррозии, но с сохранением в то же время других необходимых свойств. [1]
Использование циркония при строительстве атомных электростанций составляет 75 % потребления металла. Второе место в потреблении металла занимает изготовление судовых атомных установок. [2]
Все процессы с использованием циркония и / или гафния должны быть организованы и оборудованы вентиляцией таким образом, чтобы снизить загрязнение воздуха до концентраций, не превышающих установленные пределы. [3]
Очистка лития в горячих ловушках с использованием циркония в качестве поглотителя примесей кислорода и азота способствует снижению скорости коррозии хромистой стали примерно на порядок. [4]
Задача получения циркония с низким содержанием гафния возникла в связи с использованием циркония и его сплавов как конструкционного материала для ядерных реакторов. Конструкционные материалы должны иметь хорошие механические свойства и быть коррозионно стойкими к действию теплоносителей. Так как мощность реакторов пропорциональна количеству имеющихся в них нейтронов, поглощение нейтронов конструкционными материалами должно быть небольшим. Цирконий и его сплавы являются чуть ли не единственными материалами, удовлетворяющими этим требованиям. Гафний, обладая близкими с цирконием химическими свойствами, довольно сильно поглощает нейтроны. [5]
В области применения циркония в химическом оборудовании накоплен пока небольшой опыт, не позволяющий в полной мере оценить преимущества и недостатки этого металла. Пока нет оснований ожидать, что при использовании циркония в этой отрасли промышленности придется столкнуться с более серьезными проблемами, чем при использовании широко распространенных материалов ( таких как титан или нержавеющая сталь), стойкость которых связана с формированием поверхностных защитных пленок. [6]
Следует отметить, что цирконий сильно распространен в земной коре. Однако примесью циркония является гафний, который для использования циркония в целях, связанных с применением атомной энергии, необходимо отделить от циркония, что не может быть выполнено обычными металлургическими методами. [7]
До 880 С цирконий существует в модификации а, имеющей гексагональную плотноупакованную решетку, а выше 880 С - в модификации ( 3 с кубической объемноцентрированной решеткой. Однако получение его в чистом виде, особенно отделение от сопутствующего гафния для возможности использования циркония в ядерной технике, связано со значительными трудностями. Цирконий имеет большую химическую активность по отношению к кислороду, азоту и водороду, примеси которых делают его хрупким. С углеродом цирконий образует карбид ZrC высокой твердости. При нагреве до 400 - 600 С он покрывается окисной пленкой, предохраняющей от дальнейшего окисления. Порошкообразный цирконий окисляется сравнительно легко и воспламеняется при температурах 180 - 250 С. Кроме атомной энергетики, цирконий применяют в качестве раскислителя и деазотизатора, легирующей присадки в легированных конструкционных сталях, а также в цветных сплавах на медной, магниевой и другой основе. [8]
Другой причиной использования чистых материалов в реакторострое-нии является то обстоятельство, что некоторые из них легко поддаются обработке только в чистом виде ( см. разд. Так, очень небольшие количества кислорода, азота и водорода в цирконии превращают ковкий и прочный металл в твердый хрупкий материал, изготовить изделия из которого очень трудно. Поэтому использование циркония в качестве реакторного материала зависит от возможности снижения содержания в нем газов до очень низкого уровня, а поскольку цирконий легко соединяется с этими газами, возникает специальная проблема его очистки. Другим примером реакторного материала, требующего специальной очистки, является бериллий, используемый в качестве замедлителя в виде металла или окиси. Бериллий имеет очень большое сродство к кислороду и азоту, что очень затрудняет его металлургическую обработку. Недостаточная чистота бериллия лишает его вязкости, поэтому должна была быть разработана специальная техника для получения изделий из бериллия. Влияние очистки на ковкость было рассмотрено ранее ( разд. [9]
Задача определения малых содержаний гафния в цирконии возникла в связи с работами по использованию ядерной энергии. Ядра атомов этих элементов, имеющих очень близкие химические свойства и всегда совместно встречающихся в природе, обладают существенно различными эффективными сечениями захвата нейтронов. Поэтому при использовании циркония в различных работах по ядерной энергетике необходимо точно знать количество содержащегося в нем гафния. [10]
Среди механически прочных коррозионно-стойких металлов цирконий обладает наименьшим поперечным сечением поглощения нейтронов. В активной зоне охлаждаемых водой энергетических реакторов в качестве конструкционного материала применяют преимущественно цирконий. Примером может служить использование циркония для изготовления отдельных внутренних деталей и для плакирования тепловыделяющих элементов кипящих реакторов. Цирконий играет важную роль в водных гомогенных реакторах, где служит материалом контейнеров для раствора сульфата уранила, нагревающегося до 300 С, и обеспечивает прохождение нейтронов из активной зоны в зону воспроизводства без заметного их поглощения. Никакой другой металл с таким небольшим поперечным сечением поглощения нейтронов, как у циркония, не может противостоять коррозии при подобных условиях. [11]
 |
Кривая вымывания циркония и гафния 6 М соляной кислотой. [12] |
Число работ по разделению смесей циркония и гафния сравнительно велико. Это объясняется не только чрезвычайной трудностью химического анализа таких смесей, обусловленной близостью величин их ионных радиусов вследствие лантанидного сжатия ( у гафния), но и все возрастающим интересом к препаративному получению циркония, практически свободного от гафния. Последнее связано с целесообразностью использования циркония в качестве конструкционного материала в строительстве атомных реакторов, единственным препятствием к которому является высокое сечение захвата нейтронов у гафния. [13]
Один из этих вариантов [2] предусматривает использование в реакторе ВВЭР-1000 гетерогенной топливной сборки, состоящей из зон запала и бланкета. Реализация предложения [2] резко расширит использование ядерно-чистого циркония в ядерной энергетике. В качестве топливной композиции используют сплавы U - Zr ( 1 % Nb) с массовым содержанием урана от 20 до 60 % ( массовое содержание циркония - 40 - т - 80 % соответственно), полученные методом литья или порошковой металлургии. [14]
Один из этих вариантов [2] предусматривает использование в реакторе ВВЭР-1000 гетерогенной топливной сборки, состоящей из зон запала и бланкета. Реализация предложения [2] резко расширит использование ядерно-чистого циркония в ядерной энергетике. В качестве топливной композиции используют сплавы U - Zr ( 1 % Nb) с массовым содержанием урана от 20 до 60 % ( массовое содержание циркония - 40 - г 80 % соответственно), полученные методом литья или порошковой металлургии. [15]
Страницы: 1 2