李楊娟 ,程治強,*,竇 強,李灑灑,龍德武,李晴暖
NaF吸附劑上MoF6的脫附
李楊娟1,2,程治強1,2,*,竇 強1,2,李灑灑1,3,龍德武1,2,李晴暖1,2
在眾多乏燃料干法后處理技術(shù)中,氟化揮發(fā)技術(shù)因其操作流程短、反應(yīng)速度快、產(chǎn)物純度和去污因子高、易于實現(xiàn)連續(xù)化操作等優(yōu)點而受到美國、日本、俄羅斯等多個國家的廣泛關(guān)注[1-4]。氟化揮發(fā)技術(shù)可分為兩個工藝段,第一個工藝段是U的氟化揮發(fā),即使用F2將UF4轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的UF6,實現(xiàn)U與大多數(shù)不易揮發(fā)的裂變產(chǎn)物和腐蝕產(chǎn)物的分離;第二個工藝段是UF6的凈化,使UF6與易揮發(fā)的裂變產(chǎn)物或腐蝕產(chǎn)物進一步分離。目前,鈾的凈化工藝研究中多采用吸附劑,通過選擇性吸附、脫附工藝來實現(xiàn)UF6與其他揮發(fā)性氟化物的分離[5-6]。
MoF6是主要的揮發(fā)性裂變產(chǎn)物之一,在鈾氟化過程中,會隨UF6進入收集系統(tǒng)。由于MoF6和UF6沸點和揮發(fā)性較為接近,從UF6產(chǎn)品中去除MoF6成為UF6凈化的關(guān)注點之一。 Katz等[7-8]研究指出,MoF6與UF6一樣,能通過化學(xué)吸附被NaF吸附,形成MoF6·NaF或MoF6·2NaF配合物,這種配合物的形成是可逆的,在加熱時發(fā)生脫附,在吸附劑表面形成一定的蒸汽壓,且蒸汽壓隨溫度的升高而升高。美國橡樹嶺國家實驗室(ORNL)利用MoF6與UF6在NaF吸附劑上蒸氣壓的差別嘗試UF6與MoF6的分離[9-10]。但是,由于MoF6在NaF吸附劑上的吸附和脫附行為與UF6相似, UF6與MoF6的分離難以獲得滿意的結(jié)果。中國原子能科學(xué)研究院于20世紀80年代在處理輻照過的UO2時,得到的鈾產(chǎn)品中Mo的去污因子僅為24.4[11],其它文獻[12-13]涉及的UF6中Mo的吸附去污因子也都小于50 ,實現(xiàn)U的高回收率和U產(chǎn)品中Mo的高去污仍是鈾氟化揮發(fā)工藝中重要的研究目標(biāo)[14]。
雖然有關(guān)UF6在NaF吸附劑上的吸附和脫附行為的研究不少[9-10,15-17],但是關(guān)于MoF6的研究卻較少,在UF6和MoF6的分離研究報道中也少有關(guān)于MoF6在分離過程中行為的詳細資料。為了提高UF6和MoF6的分離效果,需要深入研究MoF6在NaF吸附劑上的吸附和脫附行為。程治強等[18]研究了NaF吸附劑對MoF6的吸附行為,指出在100 ℃時NaF顆粒的吸附容量達到最大,當(dāng)溫度超過100 ℃時由于吸附劑表面MoF6平衡蒸汽壓升高導(dǎo)致吸附量減小。本工作重點研究了當(dāng)溫度高于100 ℃時,溫度和載氣對MoF6在NaF顆粒上脫附行為的影響。
1.1 試劑與儀器
NaF吸附劑,以NaF、羧甲基纖維素鈉(CMC)和H2O為原料,按文獻[19]中的技術(shù)經(jīng)稍加調(diào)整后,通過擠出、切粒、燒結(jié)等過程制得。吸附劑的尺寸φ4 mm×4 mm,經(jīng)氟化預(yù)處理,平均顆粒強度50~60 N,比表面積約0.33 m2/g。
NaF-MoF6復(fù)合物,通過MoF6在NaF吸附劑上的靜態(tài)吸附反應(yīng)制備[18],NaF吸附劑用量約1 g,MoF6初始壓力約120 torr(1 torr≈133.3 Pa,下同),吸附溫度為100 ℃時,MoF6在NaF吸附劑上的吸附量約110 mg。
5%氟氦混合氣,北京華科微能特種氣體有限公司;MoF6,純度99.95%,阿法埃莎(天津)化學(xué)有限公司;氮氣,純度99.999%,上海婁氧氣體罐裝有限公司;AL 204電子天平,精度0.1 mg,瑞士梅特勒-托利多公司;7NP100氣體凈化器,先普半導(dǎo)體技術(shù)(上海)有限公司;旋片真空泵,英國Edward公司,抽速4 L/s;絕壓傳感器,美國Setra公司,0~100 torr;壓力表,-0.1~0 MPa,世偉洛克(上海)流體系統(tǒng)科技有限公司;105 Watts伴熱帶,美國BriskHeat公司;手套箱,上海米開羅那機電技術(shù)有限公司非標(biāo)定制;Optima 8000電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(ICP-AES)、NexION 300 D電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS),美國PerkinElmer公司;LEO1530VP掃描電子顯微鏡(SEM),ZEISS公司,能譜EDS探頭,牛津公司;NETZSCH STA 449 F3綜合熱分析儀,德國耐馳儀器有限公司;Frontier紅外光譜儀,珀金埃爾默儀器(上海)有限公司,漫反射反應(yīng)池,High temperature reaction chamber,美國Harrick。
1.2 實驗方法
1.2.1 MoF6的脫附和脫附行為分析
1) 靜態(tài)脫附率與溫度的關(guān)系
將吸附了MoF6(質(zhì)量設(shè)為m總)的NaF吸附劑(1 g)放入經(jīng)氟氣鈍化的密閉反應(yīng)器(材質(zhì)為不銹鋼316L)中,抽真空后依次加熱到100、150、180、200、220、250、300、400 ℃,記錄每個溫度點穩(wěn)定后的氣體壓力值p氣。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程計算不同p氣所對應(yīng)的MoF6質(zhì)量m氣。MoF6在高溫下與不銹鋼的器壁金屬反應(yīng)所造成其脫附量的損失,可通過空白實驗對損失的質(zhì)量m損進行校正,MoF6在某一溫度下的靜態(tài)脫附率由Tf=(m氣+m損)/m總×100%計算。
2) 熱重和紅外漫反射光譜分析
熱重(TG)分析在置于手套箱中的TG測試儀上進行。將吸附了MoF6的NaF吸附劑磨成粉末后轉(zhuǎn)入熱重分析儀樣品池內(nèi),設(shè)置測溫范圍為室溫至500 ℃,升溫速率為10 ℃/min,吹掃氣體為99.999%氬氣。將測得的TG曲線作微分處理,得到DTG曲線。
紅外漫反射光譜的測量在密封的漫反射原位反應(yīng)池中進行,測量前,在充氬氣的手套箱中將吸附了MoF6的NaF吸附劑置于漫反射反應(yīng)池內(nèi)。加熱反應(yīng)池,當(dāng)溫度分別穩(wěn)定在25、100、200、250、300、400 ℃時,測量吸附劑的紅外漫反射信號,經(jīng)軟件自動處理后轉(zhuǎn)化為透射信號。為排除溫度輻射對紅外信號的影響,在同樣的溫度下測量了空白NaF顆粒的漫反射圖譜。測量結(jié)束后,吸附劑用5%HNO3溶解,再采用ICP-MS測定Mo元素的殘留量。
1.2.2 脫附工藝實驗
1) 載氣種類和溫度對動態(tài)脫附率的影響
圖1 脫附實驗裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of the apparatus for desorption experiment
2) 吸附-脫附循環(huán)實驗
2.1 MoF6的脫附和脫附行為
2.1.1 靜態(tài)脫附率與溫度的關(guān)系 實驗所用的NaF吸附劑對MoF6的飽和吸附量為148 mg/g,通過測量不同溫度下脫附產(chǎn)生的氣態(tài)MoF6壓力,再將MoF6與器壁相互作用而損失的影響校準(zhǔn)以后,得到100~400 ℃之間8個溫度點的靜態(tài)脫附率Tf隨溫度變化曲線,示于圖2。從圖2可以看出,隨著溫度升高,MoF6的Tf呈增大趨勢,在175~300 ℃內(nèi),Tf隨溫度迅速上升,當(dāng)溫度大于300 ℃以后趨于平衡,Tf約為90%。
圖2 溫度對MoF6靜態(tài)脫附率的影響Fig.2 Influence of temperature on statics desorption ratio of MoF6
2.1.2 熱重分析 采用熱失重分析方法,測量吸附了MoF6的NaF吸附劑的質(zhì)量隨溫度的變化,可監(jiān)測MoF6的脫附過程。圖3為氬氣氛下吸附劑的TG和DTG曲線。從TG曲線可以看到,隨著溫度升高樣品逐漸失重,接近200 ℃,失重突然增加,在DTG圖上清楚顯示216 ℃時出現(xiàn)一個大的失重峰,顯然,該失重峰是造成圖2中175~300 ℃內(nèi)靜態(tài)脫附率迅速上升的直接原因。出乎預(yù)期的是,溫度繼續(xù)升高時,在380 ℃附近出現(xiàn)另一個失重峰,其峰高顯著小于位于216 ℃的失重峰,且峰形較寬。根據(jù)文獻[8]報道,MoF6在NaF顆粒上的蒸汽壓方程為lgpmm=8.27±0.07-(2.87×103)/Tk,據(jù)此計算,200 ℃時MoF6的蒸汽壓為3.1×103Pa,216 ℃時激增至3.3×104Pa,在260 ℃左右則達到1.0×105Pa,這與TG曲線中第一階段MoF6的失重規(guī)律相吻合,因此,380 ℃處的失重峰應(yīng)該不是吸附在NaF上的MoF6的失重。MoF6易與環(huán)境中痕量的水分子發(fā)生水解反應(yīng),生成氟氧化鉬和HF,除此之外,MoF6也容易被金屬容器壁還原,生成低價態(tài)的鉬氟化物,而且低價鉬氟化物也可以進一步水解[20-22]。因此,推測380 ℃處出現(xiàn)的失重峰可能為Mo(Ⅵ)或其較低價態(tài)配合物的失重。因為高價和低價Mo的水解產(chǎn)物種類較多,并且生成的氟氧化物還有可能繼續(xù)分解為其氧化物和HF[22-23],因此,DTG上380 ℃處失重峰的寬度甚于216 ℃處。為了進一步驗證DTG上380 ℃處失重的可能來源的推測,將一批剛完成MoF6吸附實驗的吸附劑分成2份,第一份試樣未經(jīng)暴露空氣即進行TG分析,第二份試樣在空氣中暴露10 min后再進行TG分析。兩份試樣均出現(xiàn)與圖3位置相同的兩個失重峰,總失重量大體相當(dāng),但是兩個峰相對大小發(fā)生逆轉(zhuǎn)。未經(jīng)暴露空氣的試樣,216 ℃處和380 ℃處的失重率分別為8.25%和2.01%;空氣中暴露10 min后的試樣,失重率分別為5.34%和6.20%。由此可以推測,吸附在NaF上的MoF6暴露于空氣環(huán)境中時,會有部分MoF6發(fā)生水解反應(yīng)形成氟氧化鉬,直接導(dǎo)致216 ℃處失重(對應(yīng)MoF6)減少,380 ℃處失重(對應(yīng)Mo的其它化合物)增加。但是圖2中靜態(tài)脫附率曲線未在380 ℃處或高于此溫度時出現(xiàn)靜態(tài)上升的拐點,反而稍微下降,其原因目前尚不清楚,可能與高溫下MoF6與器壁反應(yīng)作用更強烈有關(guān),本工作中器壁損失的校正方法在高溫存在一定局限。
圖3 NaF-MoF6的TG/DTG分析Fig.3 TG and DTG curves of NaF-MoF6 powders
2.1.3 紅外漫反射光譜分析 預(yù)實驗證明,氣相中MoF6的紅外特征峰(峰位741 cm-1)不會對NaF-MoF6顆粒的紅外漫反射光譜中的特征峰產(chǎn)生干擾,而且低于400 ℃時溫度對純NaF的出峰位置也無明顯影響。不同溫度下NaF-MoF6復(fù)合顆粒的紅外漫反射光譜示于圖4。室溫條件(25 ℃)下,與空白NaF顆粒的紅外光譜相比,首次在NaF-MoF6復(fù)合顆粒上觀察到2 684、2 126、1 206 cm-1三個明顯的吸收峰。根據(jù)文獻[7-8,14]報道,NaF吸附劑通過化學(xué)吸附MoF6可形成MoF6·nNaF類配合物,推測這三個吸收峰對應(yīng)這類配合物的特征峰,這類配合物的形成是可逆的,在加熱時可釋放出MoF6[7-8]。從圖4可以看出,隨著溫度的升高,這三個紅外吸收峰強度逐漸減弱,到250 ℃時,這三個紅外峰幾乎完全消失。它們隨溫度的動態(tài)演化與TG實驗獲得的216 ℃處的失重行為吻合。在此溫度區(qū)間MoF6在NaF上的脫附機制是清楚的,即MoF6·nNaF類配合物在216 ℃附近分解釋放出MoF6。需要特別指出的是,當(dāng)溫度升高到200 ℃時,隨著上述三個特征峰的逐漸消失,在1 977 cm-1處出現(xiàn)了一個小吸收峰,同時伴隨HF特征峰[24](3 650~4 250 cm-1)的產(chǎn)生。這表明,部分MoF6與環(huán)境中痕量水發(fā)生水解[22],形成新的化合物。當(dāng)溫度升高至400 ℃時,1 977 cm-1處峰消失,這與TG實驗獲得的380 ℃處的失重行為吻合。由于在溫度升高至200 ℃時才觀察到HF的紅外峰,表明促使MoF6水解的水可能主要來自NaF中的結(jié)晶水。紅外測試結(jié)束后,經(jīng)分析得到NaF顆粒中Mo的殘留量為15.5 mg/g,占實驗使用NaF顆??偽搅康馁|(zhì)量百分比為13.9%,與靜態(tài)脫附率實驗(圖2)基本一致,說明吸附劑中還有較大Mo殘留,在密閉空間內(nèi)因吸附與脫附的動態(tài)平衡不能達到完全脫附。鑒于密閉空間中不能使MoF6完全脫附,因此嘗試在動態(tài)脫附實驗裝置上(圖1)利用載氣實現(xiàn)MoF6的有效脫附。
圖4 NaF-MoF6在不同溫度下的紅外漫反射光譜Fig.4 Diffuse reflectance infrared spectra of NaF-MoF6 at different temperatures
2.2 脫附工藝實驗
2.2.1 載氣種類和溫度對動態(tài)脫附率的影響 選擇了N2和φ=5%F2/He兩種載氣,氣體流速約5 mL/min,脫附時間均為60 min(260 ℃脫附40 min,400 ℃脫附20 min),結(jié)果表明,在相同條件下,以N2為載氣時動態(tài)脫附率為54.5%,而以φ=5%F2/He為載氣的動態(tài)脫附率則提高到70.9%,這表明載氣的種類對脫附過程也有著重要影響??紤]到DTG曲線(圖3)上存在216 ℃和380 ℃兩處失重峰,本工作選擇φ=5% F2/He為載氣,分別在略高于兩個峰對應(yīng)的溫度,即260 ℃和400 ℃(脫附時間分別為2 h),考察了脫附溫度對動態(tài)脫附效果的影響。實驗結(jié)果指出,260 ℃下MoF6的動態(tài)脫附率為82.6%,400 ℃的動態(tài)脫附率則提高到99.0%。由靜態(tài)脫附率隨溫度的變化曲線(圖2)可以看到,MoF6在260 ℃左右的靜態(tài)脫附率為75.4%,而在動態(tài)實驗中則提高到82.6%,但仍有部分Mo元素的殘留,因此,實現(xiàn)Mo元素的完全脫附不能單純依靠引入載氣,更需要進一步提升溫度。為了對脫附效果有更加直觀的考察,對不同脫附率下NaF顆粒內(nèi)部進行掃描電鏡測試,結(jié)果示于圖5。對比圖5(a)和圖5(b)可以看出,脫附前(動態(tài)脫附率0%),NaF晶體表面有一層厚厚的覆蓋物;當(dāng)動態(tài)脫附率為82.6%時(圖5(c)),NaF晶體表面的覆蓋物明顯減少,但仍可見少量的覆蓋物殘留;當(dāng)動態(tài)脫附率達99%時(圖5(d)),NaF晶體表面幾乎看不到覆蓋物質(zhì),其表觀形態(tài)與未曾吸附MoF6的NaF(圖5(a))基本一致。
2.2.2 吸附-脫附循環(huán)實驗 為了考察實際工藝流程中反復(fù)的吸附-脫附過程可能對分離效果和吸附劑性能產(chǎn)生的影響,本工作對同一批NaF吸附劑反復(fù)進行了5次MoF6吸附和脫附實驗。脫附條件如下:400 ℃,φ=5%F2/He為載氣,流速約5 mL/min,脫附時間持續(xù)2 h。表1列出了5次實驗結(jié)果。從表1可以看出,重復(fù)使用中吸附劑的吸附能力沒有發(fā)生明顯變化,吸附量穩(wěn)定在80~90 mg/g,表明NaF吸附劑在反復(fù)的吸附過程中依舊能夠保持較好的吸附性能。動態(tài)脫附率均接近100%,其中第四次脫附實驗脫附率數(shù)值偏低,這是因為腐蝕產(chǎn)物(主要為橙黃色的Cr的氟化物)累積附著在吸附劑上產(chǎn)生的實驗誤差。最后一次脫附實驗完成后,采用ICP-AES對吸附劑中殘留的Mo元素進行檢測,僅為0.037 mg/g,只占原始吸附量的0.04%,而Cr的含量達到8.16 mg/g。對第五次脫附實驗后的吸附劑內(nèi)部進行掃描電鏡分析,觀察其內(nèi)部形貌與圖5(d)相似,沒有發(fā)現(xiàn)吸附劑有明顯的覆蓋物殘留。五次循環(huán)實驗后,吸附劑外觀完整,NaF晶體形貌基本恢復(fù)到未吸附的狀態(tài),并且沒有明顯的裂痕。吸附劑的平均顆粒強度由實驗前的59 N降低到38 N,仍維持在較好水平。
(a)——未吸附,(b)——脫附率0%,(c)——脫附率82.6%,(d)——脫附率99.0%圖5 不同脫附率(動態(tài))下的NaF吸附劑SEM圖片(×10 000)Fig.5 SEM images of NaF adsorbents at different desorption ratios(dynamic)(×10 000)
循環(huán)次數(shù)吸附量/(mg·g-1)動態(tài)脫附率/%180 799 3285 4101 7390 698 4487 692 8588 999 9
2.3 關(guān)于U、Mo分離
美國橡樹嶺國家實驗室在氟化揮發(fā)分離工藝中用100 ℃的NaF床吸附UF6和MoF6,然后將NaF吸附床加熱到150 ℃,讓MoF6脫附,使之與UF6分離,然后將NaF床溫度升高到400 ℃,使UF6脫附實現(xiàn)UF6的回收。但是,該研究表明在回收率和純度之間有個平衡點,即很難同時實現(xiàn)U的高回收率和高純度[14]。本工作或許能夠給出問題的癥結(jié)所在。首先,ORNL沒有給出UF6與MoF6的分離需要在150 ℃下進行的充分依據(jù),根據(jù)130~208 ℃范圍內(nèi)MoF6的脫附蒸汽壓數(shù)據(jù)或許可作出U/Mo分離在150 ℃下進行的結(jié)論[14]。如果考慮本工作發(fā)現(xiàn)的216 ℃的失重峰,那么比150 ℃稍高一點溫度下進行MoF6的脫附,無論對分離因子還是對MoF6的脫附速率都更有利。其次,ORNL在400 ℃進行UF6脫附時,以水解產(chǎn)物形式殘留在NaF顆粒上Mo的氟氧化物也必然隨之脫附,這可能是影響U與Mo分離最重要的原因。因此,為了更好地達到U與Mo的分離效果,依然存在大量研究工作需要完成,例如吸附和脫附與溫度依賴性的系統(tǒng)數(shù)據(jù),吸附和脫附的詳細動力學(xué)過程和機制,U和Mo在整個揮發(fā)與純化工藝過程中價態(tài)和種態(tài)的變化和特征,以及它們在吸附和脫附中的行為等等。充分掌握這些基本資料,再通過氟化揮發(fā)和純化工藝中溫度與其他條件的精準(zhǔn)控制,進一步提高U與Mo的分離效果是可能的。
本工作考察了MoF6從NaF吸附劑上的脫附及其隨溫度的演化。通過熱重分析、紅外漫反射表征以及脫附工藝實驗研究初步獲得了MoF6的脫附機制。研究表明,吸附在NaF上的Mo元素主要以MoF6·nNaF配合物形態(tài)存在,還存在少量Mo(Ⅵ)或其較低價態(tài)配合物的水解產(chǎn)物。在216 ℃附近,MoF6·nNaF配合物上的MoF6脫附,在380 ℃左右其他形態(tài)的Mo化合物也會部分脫附,并發(fā)現(xiàn)在400 ℃下使用F2可將Mo從其他化學(xué)形態(tài)再次轉(zhuǎn)化為MoF6而實現(xiàn)Mo元素的完全脫附。NaF吸附劑經(jīng)多次循環(huán)吸附-脫附過程后仍對MoF6保持良好的吸附和脫附性能。
致謝:感謝中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所李文新研究員對本工作的建議和指導(dǎo)。
[1] Carter W L, Whatley M E. Fuel and blanket processing development for molten salt breeder reactors, ORNL-TM-1852[R]. US: Oak Ridge National Laboratory, 1967.
[2] Lindauer R B. Processing of MSRE flush and fuel salts, ORNL-TM-2578[R]. US: Oak Ridge National Laboratory, 1969.
[3] Kani Y, Sasahira A, Hoshino K, et al. New reprocessing system for spent nuclear reactor fuel using fluoride volatility method[J]. J Fluorine Chem, 2009, 130: 74-82.
[4] Shatalov V V, Seregin M B, Kharin V F, et al. Gas-fluoride technology for processing spent oxide fuel[J].At Energy, 2001, 90(3): 224-234.
[5] Seregina M B, Mikhalichenkoa A A, Kuznetsov A Y, et al. Sorption of gaseous RuF5on granulated fluoride sorbents[J]. Radiochem, 2011, 53(3): 288-291.
[6] Seregina M B, Mikhalichenkoa A A, Vishnyakova O V, et al. Sorption of NbF5from UF6-containing gases on granulated sodium and magnesium fluorides[J]. Radiochem, 2011, 53(4): 389-392.
[7] Katz S. Preparation of MF6·NaF complexes with uranium, tungsten, and molybdenum hexafluorides[J]. Inorg Chem, 1966, 5(4): 666-668.
[8] Katz S. Use of high-surface-area sodium fluoride to prepare MF6·2NaF complexes with uranium, tungsten, and molybdenum hexafluorides[J]. Inorg Chem, 1964, 3(11): 1598-1600.
[9] Culler F L, Bresee J C, Ferguson D E, et al. Chemical technology division annual progress report, ORNL-3627[R]. US: Oak Ridge National Laboratory, 1964.
[10]Culler F L, Bresee J C, Wymer R G, et al. Chemical technology division annual progress report, ORNL-3452[R]. US: Oak Ridge National Laboratory, 1963.
[11]居克飛,章澤甫,張力爭,等.用氟化鈉、氟化鎂吸附劑凈化UF6[J].原子能科學(xué)技術(shù),1985,19(5):621-622.
[12]Watanabe D, Sasahira A, Hoshino K, et al. Adsorption of molybdenum hexafluoride on magnesium difluoride for uranium purification in FLUOREX reprocessing[J]. J Nucl Tech, 2011, 48(12): 1413-1419 .
[13]Carr W H, King L J, Kitts F G, et al. Molten-salt fluoride volatility pilot plant: recovery of enriched uranium from aluminum-clad fuel elements, ORNL-4574[R]. US: Oak Ridge National Laboratory, 1971.
[14]Kuhrt W, Kreutz R, Massonne J. Separation of MoF6and UF6by sorption on NaF in the context of dry reprocessing of nuclear fuels containing thorium[J]. Kerntechink 13.Jahrgang, 1971, 1: 17-20.
[15]Cathers G I, Bennett M R, Jolley R L. UF6-3NaF complex formation and decomposition[J]. Indust Eng Chem, 1958, 50(11): 1709-1710.
[16]Ferguson D E, Wymer R G, Blanco R E, et al. Chemical technology division annual progress report, ORNL-3830[R]. US: Oak Ridge National Laboratory, 1965.
[17]Massoth F E, Hensel W E, Jr. Kinetics of the reaction between uranium hexafluoride and sodium fluoride Ⅱ: sodium fluoride pellets and crushed pellets[J]. J Phys Chem, 1959, 63(5): 697-702.
[18]程治強,李楊娟,張國欣,等.MoF6在NaF顆粒上的吸附平衡及吸附動力學(xué)研究[J].核技術(shù),2015,38(11):110301-1-110301-7.
[19]李楊娟,程治強,張煥琦,等.一種多孔型NaF吸附劑的制備及其對MoF6吸附的初步研究[J].核技術(shù),2014,37(8):080601-1-080601-6.
[20]Carles M. Molybdenum hexafluoride MoF6, NASA TT F-12, 702[R]. US: NASA, 1969.
[21]Groves F R. Measurement of dissociation pressure of molybdenum fluoride-sodium fluoride complex, ORNL-3088[R]. US: Oak Ridge National Laboratory, 1961.
[22]Weaver C F, Friedman H A. A literature survey of the fluorides and oxyfluorides of molybdenum, ORNL-TM-1976[R]. US: Oak Ridge National Laboratory, 1967.
[23]Friend J N. A text-book of inorganic chemistry[M]. Lodon: Charles Griffin & Company, Limited, 42 Drurylane, W. C. 2, 1926, 3: 122-131.
[24]牛永生,孫理鑫,胡聰偉,等.紅外在線監(jiān)測與分析方法在鈾氟化揮發(fā)工藝中的應(yīng)用[J].核技術(shù),2014,37(11):110601-1-110601-6.
1.中國科學(xué)院 上海應(yīng)用物理研究所,上海 201800;2.中國科學(xué)院 核輻射與核能技術(shù)重點實驗室,上海 201800;3.上海大學(xué),上海 201800
為了提高氟化揮發(fā)分離工藝中UF6和MoF6的分離效果,研究了MoF6在NaF吸附劑上的脫附行為。通過靜態(tài)和動態(tài)實驗考察了溫度和載氣種類對脫附率的影響。熱重分析顯示,大部分MoF6在216 ℃左右脫附,推測其在NaF吸附劑上以MoF6·nNaF配合物的形式存在;還發(fā)現(xiàn)在380 ℃左右出現(xiàn)一個小失重峰,紅外漫反射光譜分析證實該失重峰源于Mo配合物的水解。脫附研究表明,在400 ℃和氟氣氣氛下,Mo元素能夠完全脫附,吸附劑在連續(xù)五輪吸附-脫附工藝循環(huán)后其性能無明顯變化。
NaF;MoF6;脫附
MoF6Desorption From NaF Adsorbent
LI Yang-juan1,2, CHENG Zhi-qiang1,2,*, DOU Qiang1,2, LI Sa-sa1,3, LONG De-wu1,2, LI Qing-nuan1,2
1.Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China;2.Key Laboratory of Nuclear Radiation and Nuclear Technology, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China; 3.Shanghai University, Shanghai 201800, China
In order to improve the decontamination efficiency of MoF6in the uranium separation process via. volatile fluoride, the desorption of MoF6from the NaF adsorbent was studied in this paper. Effects of the temperature and the species of carrier gas on desorption ratios were examined by variety of static and dynamic tests. Thermogravimetric analysis show that most of MoF6is able to be desorbed at around 216 ℃, thus it is speculated that they exist originally in the form of MoF6·nNaF complexes. Importantly, a small weightlessness peak of Mo appeared at 380 ℃ is found, and the weightlessness peak will be originated from Mo hydrolysis complexes. The infrared diffuse reflection spectroscopy further confirms all the results mentioned above. Simulation test shows that Mo could be desorbed completely at 400 ℃ in the atmosphere of F2, and the performance of the adsorbent has no obvious changes after five adsorption-desorption cycle experiments.
NaF; MoF6; desorption
2015-11-12;
2016-06-12;
時間:2017-01-03
中國科學(xué)院戰(zhàn)略性科技先導(dǎo)專項——釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)(XDA02030000)
李楊娟(1986—),女,四川成都人,碩士,工程師,物理化學(xué)專業(yè)
*通信聯(lián)系人:程治強(1985—),男,湖南株洲人,碩士,工程師,應(yīng)用化學(xué)專業(yè),E-mail: chengzhiqiang@sinap.ac.cn
TL244
A
0253-9950(2017)01-0043-07
10.7538/hhx.2016.YX.2015099