На сайті 11893 реферати!

Усе доступно безкоштовно, тому ми не платимо винагороди за додавання.
Авторські права на реферати належать їх авторам.

Особливості електровідновлення цирконію із флуоридних розплавів

Реферати > Хімія > Особливості електровідновлення цирконію із флуоридних розплавів

В ядерну техніку цирконій прийшов не відразу. Для того щоб стати корисним в цій галузі, метал повинен володіти певним комплексом властивостей. Головне з цих властивостей — малий перетин захоплення теплових нейтронів. В принципі цю характеристику можна визначити як здатність матеріалу затримувати, поглинати нейтрони і тим самим перешкоджати розповсюдженню ланцюгової реакції. Величина перетину захоплення нейтронів вимірюється в барнах. Чим більше ця величина, тим більше нейтронів поглинає матеріал і тим сильніше перешкоджає розвитку ланцюгової реакції. Природно, що для реакційної зони реакторів вибираються матеріали з мінімальним перетином захоплення. У чистого металевого цирконію ця величина рівна 0,18 барна. Багато дешевших металів мають перетин захоплення такого ж порядку: у олова, наприклад, воно рівне 0,65 барна, у алюмінію — 0,22 барна, а у магнію — всього 0,06 барна. Але і олово, і магній, і алюміній легкоплавкі і не вогнетривкі: цирконій же плавиться лише при 1860 оС [26].

Здавалося, єдине обмеження — досить висока ціна елементу № 40 (хоча для цієї галузі науки грошей жаліти не приходиться), але виникло інше ускладнення. У земній корі цирконій завжди супроводить гафній. У цирконієвих рудах, наприклад, його вміст зазвичай складає від 0,5 до 2,0%. Хімічний аналог цирконію - гафній (у періодичній системі стоїть безпосередньо під цирконієм) захоплює теплові нейтрони в 500 разів інтенсивніше за цирконій. Вести ланцюгову реакцію в апараті, зробленому з гафнію, рівносильно спробі розпалити вогнище водою. Але гафній знайшов застосування в атомній техніці — для виготовлення регулюючих стрижнів. Але і незначні домішки гафнію сильно позначаються на ході реакції. Наприклад, 1,5% домішки гафнію в 2 разів підвищує перетин захоплення цирконію [1].

Перед вченими постала проблема: повністю розділити цирконій і гафній. Якщо індивідуальні властивості обох металів вельми привабливі, то їх сумісну присутність робить матеріал абсолютно непридатною для атомної техніки.

Проблема розділення гафнію і цирконію виявилася дуже складною — хімічні властивості їх майже однакові із-за надзвичайної схожості в будові атомів. В науковій літературі описано немало способів (вірніше, спроб) розділити ці елементи, але до цих пір ця проблема далека від остаточного вирішення.

Недавні технічні умови на цирконій «реакторної чистоти» допускали присутність в ньому не більше за 0.2% гафнія. Середній ефективний поперечник захоплення повільних нейтронів у такого цирконію рівний 1,18 барна — в 6.5 разів більша, ніж у чистого. Різниця вельми істотна, але щоб досягти хоч би цього значення, застосовують складне багатоступінчате очищення: іонний обмін, багатократне осадження, екстракційне розділення. Всі ці операції значно здорожують цирконій, а він і без того дорогий: пластичний метал (99,7% Zr) в 300 разів дорожче за концентрат. Проблема економічного розділення цирконію і гафнію ще чекає свого рішення.

І все-таки цирконій став «атомним» металом. Про це свідчать такі факти. На першому американському атомному підводному човні «Наутілус» був встановлений реактор з цирконію. Пізніше з'ясувалося, що вигідно робити з цирконію оболонки паливних елементів, а не стаціонарні деталі активної зони реактора [26].

Проте виробництво цього металу збільшується з року в рік, і темпи цього зростання незвичайно високі. Досить сказати, що за десятиліття, з 1949 по 1959 рік, світове виробництво цирконію виросло в 100 разів [1]. Поки учені шукали спосіб отримання металевого цирконію, практики вже почали застосовувати деякі з його з'єднань, в першу чергу двоокис цирконію. Властивості двоокису цирконію значною мірою залежать від того, яким способом він отриманий. ZrO2, що утворюється при прожарюванні деяких термічно нестійких солей цирконію, нерозчинний у воді. Слабо-прожарений ZrO2 добре розчиняється в кислотах, але, сильно прожарений, стає нерозчинний в мінеральних кислотах, виключаючи плавикову [25].

Ще одна цікава властивість: сильно нагрітий ZrO2 випромінює світло настільки інтенсивно, що його можна застосовувати в освітлювальній техніці. Цією її властивістю скористався відомий німецький вчений Вальтер Герман Нернст. Стрижні розжарювання в лампі Нернста були виготовлені з Zr02. Як джерело світла розжарений ZrO2 іноді і зараз служить при лабораторних дослідах.

У промисловості ZrO2 першими застосували силікатні виробництва і металургія. Ще в початку нашого століття були виготовлені цирконові вогнетриви, які служать в три рази довше звичайних. Вогнетриви, що містять добавку Zr02, дозволяють провести 1200 плавок сталі без ремонту печі [24].

Цирконієва цегла витіснила шамотні (широко поширені вогнетривкі матеріали на основі глини або каоліну) при виплавці металевого алюмінію, і ось чому. Шамот сплавляється з алюмінієм, і на його поверхні утворюються нарости шлаку, які треба періодично зчищати. А цирконова цегла розплавленим алюмінієм не змочується. Це дозволяє печам, футерованим цирконом, безперервно працювати протягом десяти місяців [25].

Значні кількості ZrO2 споживають виробництва кераміки, фарфору і скла. Стійкість ZrО2 до дії кислот дала можливість виключити дорогий SnO2 з виробництва багатьох сортів емалей [27]. Список галузей промисловості, що потребують ZrO2, можна було б продовжити ще і ще.

Таким чином, на основі аналізу літературних джерел можна зробити висновок про цінність такого металу як цирконій. Його використання набуло широкого вжитку в різних галузях промисловості особливо в ядерній енергетиці. Аналіз літературних джерел також свідчить про досить складний механізм електровідновлення цирконію із розплавів електролітів. Опрацювання літературних даних дає уявлення про розплави електролітів та їх класифікацію, що є необхідним при виконанні роботи. Характеристика методів одержання цирконію розкриває всю складність процесу одержання цирконію і розкриває сутність процесу електровідновлення цього металу.

Розділ II. Методика експерименту

2.1. Методика зняття хромовольтамперних залежностей

Під час проведення експерименту вимірювання проводилися по триелектродній схемі в потенціометричному режимі на потенціостаті ПІ-50-І з програматором ПР-8. Потенціостат ПІ-50-І використовується для електрохімічних процесів, перебіг яких відбувається з великою швидкістю на межі електрод – електроліт в потенціостатичних, потенціодинамічних та імпульсивних методах.

Основними функціями потенціоностата є регулювання (підтримання) "потенціоностат" потенціалу робочого електроду, яке здійснюється шляхом автоматичної зміни поляризуючого вихідного струму потенціоностату.

В потенціостаті ПІ-50-І передбачено можливість роботи з електрохімічними комірками як триелектродними (допоміжний, робочий електрод та електрод порівняння), так і з чотирьохелектродними (мають ще один допоміжний електрод). Основою потенціалу є інвертуючий підсилювач з трьома входами, до його виходу підключено електрохімічну комірку. На один із виходів подається напруга із зовнішнього задавача напруги, на другий - з робочого електрода комірки (через один з двох інвертуючих підсилювачів системи компенсації), і на третій - з електроду порівняння комірки (через електрохімічний підсилювач).

Перейти на сторінку номер: 1  2  3  4  5  6  7  8  9 Версія для друкуВерсія для друку   Завантажити рефератЗавантажити реферат