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实验研究酸洗的锆合金管和附件

*通信:

Mandal D、碱性物质与金属部门,巴巴原子能研究中心,Trombay,孟买- 400085,印度,电话:+ 91-22-25505050;电子邮件: (电子邮件保护)

文摘

加压重水反应堆使用天然铀氧化物(UO2)燃料和使用覆盖材料锆合金、锆合金。锆合金管和附件即酸洗,垫片和轴承垫进行去除氧化层和表面污染物。实验优化的复合锆合金酸洗的解决方案。HF-HNO3比率在酸洗溶液和优化解决方案的影响成分与新鲜和再生解决方案进行了研究。在这本文,作者展示了他们的经验关于回收利用酸洗解决方案的适用性和酸洗反应的速率与优化解决方案。

关键字

锆合金;酸洗速度;核再生;组成;hexa-fluoro-zirconic酸

介绍

印度加压重水反应堆(PHWRs)使用天然铀(0.7% U^235年)的形式陶瓷铀di-oxide (UO₂),燃料锆和锆合金,合金(Zr),作为覆盖材料。在制造过程中锆合金护套材料,不同的表面杂质和氧化层沉积在锆合金管和附件,viz.垫片垫和轴承垫。这些表面污染物,如果不是从完成的锆合金产品,可能会导致核反应堆的运行中存在的问题(1,2]。这些表面污染物和氧化层通常被酸洗过程(3]。然而,信息开放文学中不可用,因为这个过程有特定的应用程序,非常商业的重要性。论述了锆合金的酸洗过程的附属物,试剂的最佳浓度的比值和酸洗反应的速率在核研究燃料复杂的(NFC),海得拉巴,印度。

酸洗过程

金属表面处理酸洗操作过程用来去除杂质等污渍,污染物、氧化膜、规模等。3- - - - - -7]。酸洗通常使用水溶液中浓硝酸和氢氟酸(HF) (HNO₃在一个批处理过程。由于锆及其合金,如锆合金,不溶于无机酸容易,选择一个合适的酸洗槽必须通过研究腐蚀数据完成8,9]。Hlawka和萨特10]研究Zr-F复合物在酸洗溶液的溶解度只有高频和HF-HNO的组合₃锆合金溶于氢氟酸的解决方案,在金属表面形成黑色氢化多孔膜。酸洗反应时更积极进行集中解决方案。除了氢氟酸(HF)、硝酸锆合金的主要成分是酸洗的解决方案,因为它在冶金和核行业常用的溶解剂(4,5]。自从HNO锆合金有很强的耐蚀性₃酸洗过程进行了优化,使用高频的水溶液和HNO处理时间₃(10]。此外,酸的选择是根据他们的潜在的酸洗形成可溶性盐化合物的主要组件要删除同意发表的溶解度数据6]。

交互的锆合金高频与强势Zr-F债券和fluoro-zirconic复合物的形成。锆溶于水的高频进化没有_x气体和hexa-fluoro-zirconic酸(H的形成₂ZrF₆)解决方案。氧化层反应形成hexa-fluoro-zirconic酸。可能的反应,反应(1 - 5)所示是发生在酸洗3]。

Zr + 6 hf + 4 hno₃→H₂ZrF₆+ 4没有₂+ 4 h₂o .………。(1)

3、锆+ 18 hf + 4 hno₃→3 h₂ZrF₆+ 4 + 8 h₂O…(2)

3、锆+ 4 hno₃+ 12高频→3 zrf₄+ 4 + 8 h₂啊………。(3)

ZrF₄+ 2高频→H₂ZrF₆………………………………(4)

ZrO₂+ 2高频→H₂ZrF₆+ 8 h₂啊………………………(5)

根据酸洗操作的时间,分为flash酸洗或酸洗。基于应用程序和要求移除表层,酸洗时间决定。深酸洗进行约5 - 10分钟,flash酸洗进行约3分钟(10]。进行酸洗操作通常是在一个大浴缸,制成的纤维增强塑料(FRP)和聚丙烯。

酸洗操作锆合金的附属物

在燃料包生产过程,锆合金附属物viz.垫片垫和轴承垫受到酸洗操作提供一个光滑的表面光洁度。酸洗还增加附件的焊接强度,有较小的表面缺陷。附件是冲压生产的锆合金表,使更高的厚度比为他们的应用程序指定的附件。附件焊接操作的管,可接受的厚度应该是0.03毫米到0.05毫米不到最初的冲压生产的产品。这个附件的厚度减少由酸洗操作。核电站目前的实践研究表明,酸洗所需的时间是相当高的,可以增加生产力获得合适的酸洗溶液的组成。

酸洗反应所得,高频的浓度减少而在酸洗槽Zr浓度的增加。浴后得到饱和与Zr它不能被进一步用于酸洗操作之后浴所取代。先前的研究由作者(1,2]表明再生的可能性和重用酸洗的解决方案。相同的实验过程进行了再生酸洗的解决方案和解决方案是由所需的浓度。

实验

酸洗操作是不同的HF-HNO完成的₃估计他们比所需最佳酸洗成分增加生产力。定量的方法来衡量质量的酸洗速度是通过测定还原实现在不同的时间。在实验过程中,由于酸洗质量降低锆合金样品,通过使用新的和再生酸洗的解决方案,在不同时间测定。新鲜和再生酸洗溶液500毫升的准备实验。从质量损失,减少厚度取决于假设统一的质量损失。质量减少值被转换为不同时期的厚度减少值。实验在室温下进行。附件可以可视化为梯形,厚度很小的比其他。从一个区域(测量沿长度和宽度)比另一个相当大的区域(沿厚度测量方面),可以认为是质量损失发生在厚度方面。横截面积(测量沿长度和广度)组件的因此假定常数(例如轴承垫,面积约5平方厘米)而锆合金组件的密度是决定实验6克/ cc。 The rate of pickling for both fresh pickling solution and regenerated pickling solution was studied and average pickling rate was determined for both. The pickling rate [cm.s-1] was calculated based on the eqn. (6).

(6)

结果和讨论

图1显示了HF-HNO的摩尔比率的变化₃用于确定酸洗溶液为间隔和轴承垫组成。图2和3酸洗的效果的节目分别间隔和轴承垫的最佳数量比HF-HNO₃。图4和5比较新鲜的酸洗溶液和再生的影响酸洗溶液分别间隔和轴承垫,与高频再生酸洗溶液组成匹配新鲜酸洗溶液组成。图6和7显示的酸洗速度分别新鲜和再生酸洗溶液。

发现厚度减少0.03毫米到0.05毫米深的时间段内酸洗政权能够达到与HF-HNO的摩尔比率₃0.88:1所示图1。也观察到,增加高频内容(保持其他参数固定)进一步提高了酸洗速度相当,但反应是很难控制和白色补丁开发表面的附件这可能导致焊接附件的拒绝。也注意到,这些成分酸洗溶液展示一个优秀的可重复性与上述酸洗溶液成分所示图2和3。每次运行所示的值图2和3模式值4组实验的实验结果。因此,保持在查看附件的可接受的质量和光滑的酸洗操作条件,上述HF-HNO₃摩尔比0.88:1是固定的操作。

图4和5表明,再生酸洗溶液也可以用于酸洗操作和减少所需的时间达到给定的厚度高于新鲜酸洗所需的解决方案。高频组成的数量是一样的新鲜酸洗的解决方案。然而由于存在高硝酸盐在再生酸洗溶液,HF-HNO的相应的摩尔比率₃被观察到的0.44:1(基于客观再生酸洗溶液的体积不应超过的新鲜酸洗溶液)。这导致了低利率的酸洗再生解决方案。

观察到,酸洗操作的初始速率高的新鲜和再生酸洗方案所示图6和7。随着时间的增加,酸洗率降低。酸洗槽可以替换为一个新的后,反应速率就低。这是还发现,反应的速率可以决定的图6和7这些是中列出表1。

表1:反应速率的酸洗的解决方案。

结论

它被发现从HF-HNO的实验₃的摩尔比0.88:1可以作为酸洗溶液成分增加生产。新鲜的平均酸洗速度和再生解决方案的计算实验对应4.96μm /分钟和3.45分别μm /分钟。用酸洗的解决方案是一个过程,再生和再利用的废水酸洗。从实验,观察再生酸洗溶液可用于酸洗和有相当大的反应速率比新鲜酸洗的解决方案。

然而,反应堆堆芯的研究需要执行的附属物榨菜再生酸洗溶液建立生产过程的适用性。同时,研究无约束再生酸洗溶液的体积可以被执行,新鲜和再生酸洗溶液的反应速率HF-HNO拥有相同的摩尔比率₃即0.88:1可以观察到。

确认

作者要感谢酸洗厂和HPU的技术人员,在NFC,海德拉巴对他们的帮助提供化学物质,植物实验数据和其他设备。

引用

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