氟化物熔盐的制备及其应用进展(4) -冶金与材料杂志社投稿_期刊论文发表|版面费|电话|编辑部|论文发表

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氟化物熔盐的制备及其应用进展(4)

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2.1.2 氟化物熔盐对堆材料的腐蚀性

由于氟化物熔盐较强的腐蚀性，材料的选择是熔盐反应堆设计中的重要课题。2013年，汪洋等[56]系统总结了高温氟化物熔盐（FLiNaK和FLiBe）对金属合金材料、碳材料及陶瓷材料腐蚀行为方面的研究进展，并分析了不同条件下的腐蚀机理。认为Ni基合金在高温下耐熔盐腐蚀的能力还有待进一步提高；石墨材料由于机械强度低，限制了其在MSR中的广泛应用。此后，又有多篇高温氟化盐对熔盐堆用材料的腐蚀行为研究报道。因FLiNaK常用作熔盐反应堆二回路的热交换介质，亦可以作为一回路FLiBe熔盐的模拟介质，这些研究大多使用FLiNaK熔盐。IGNATIEV等[63]的研究表明，750℃温度下，Ni-Mo合金对含UF4和PuF3的氟化物熔盐有很好的兼容性。PAVLIK等[64]通过静态实验研究了FLiNaK熔盐中加入CrF3、FeF3、FeF2和NiF2等对Incoloy 800H高温腐蚀行为的影响，研究表明，金属氟化物的加入使FLiNaK熔盐腐蚀损失增大。在850℃高温下，WANG等[65]通过浸入腐蚀实验测试了ZrC-SiC基陶瓷的耐FLiNaK熔盐腐蚀性能，ZrC-SiC 基陶瓷比ZrC陶瓷的抗高温熔盐腐蚀性能明显提高。ZHU等[66]研究了受氦离子辐照损伤的镍铬合金试样在750℃FLiNaK熔盐中的腐蚀，发现形成的氦泡增加了表面缺陷数，从而大大增加了合金与FLiNaK熔盐之间的物理接触面积，导致腐蚀加剧。HOU等[32]研究了 FLiNaK熔盐接触时间对Ni-Mo-Cr合金焊接接头腐蚀性能的影响，认为该腐蚀过程主要是由Cr的选择性溶解为主。WANG等[67]通过电化学技术研究了不同惰气保护条件下镍基合金GH3535在FLiNaK熔盐中的腐蚀行为，在Ar-5%H2O条件下合金的腐蚀电流密度约374mA/cm2，为纯Ar保护条件下腐蚀电流密度值（108mA/cm2）的3倍以上。LI 等[57]的研究表明，Ni-16Mo-7Cr-4Fe合金中添加少量金属Y能提高其耐FLiNaK熔盐的腐蚀性能，合金表面形成的Y富集层阻止了Cr和Fe的溶解。WANG等[68]研究了不同电压条件下氧化钙稳定的氧化锆（CSZ）在 NaF-KF熔盐中的腐蚀行为，结果表明，在不同温度和电压实验条件下CSZ管均被侵蚀，这可能是由于Ca从CSZ晶格中溶出，导致ZrO2由亚稳态的四方晶相转变为单斜晶相的原因。

2.1.3 氟化物熔盐在核燃料后处理方面的应用

熔盐反应堆燃料是以熔融氟化盐的形式存在，并且乏燃料需要进行后处理，常用到氟化物熔盐作为电解质进行电解精炼以回收铀、钚、钍等核燃料[69-71]。LEE等[72]分别在FLiNaK和KCl-LiCl熔盐中用 U、Y、Gd、Nd 和 Ce 等组成的阳极进行电解精炼回收金属铀，结果表明，FLiNaK体系中铀的分离系数与KCl-LiCl体系相接近。SOUCEK等[73]用电化学方法对熔盐反应堆中的裂变产物进行分离，通过循环伏安法评价了锕系元素（U、Th）和稀土元素（Nd、Eu、Gd）在FLiNaK熔盐中分离的可能性。CHAMELOT等[74]用电化学方法研究了氟化物熔盐中分离钍和镧系元素的可行性，并从体系中提取镧系元素，研究表明，用于有效分离的熔盐体系必须含有锂的氟化物介质。HERRMANN[75]采用氟化物或其它卤化物熔盐体系，通过熔盐萃取和盐蒸馏技术从铀氧化物燃料中提取出了超铀和活性裂变产物。林如山等[76]以铈作为钚的模拟物及稀土裂变元素代表，采用循环伏安法初步研究了 Ce在LiF-CaF2（77%～23%）熔盐中的电化学行为。龙德武等[77]的相关电化学研究结果也初步表明，在氟盐体系（FLiNaK）中进行电解分离稀土裂变产物具有一定的可行性。

采用氟化物熔盐电解UO2制备核燃料铀被认为是一种很吸引人的方法。TAKASAWA等[78]在1150～1200℃的LiF-BaF2-UF4-UO2熔盐体系中进行电解，得到纯度大于 99.9 %的铀。ALANGI等[79]为提高熔盐电解制备金属铀的电流效率，在 700～800℃考察了UO2在等摩尔LiF-BaF2熔盐（LaF3做添加剂）中的溶解度变化，发现当LaF3添加量一定时，UO2的溶解度随温度升高逐渐增加；如采用UF4作为添加剂部分取代LaF3，UO2在熔盐体系中的溶解度也会增加。刘刈等[80]运用循环伏安法和计时电位法研究了1073K下LiF-NaF-UF4熔盐体系中铀的阴极过程，确定了 U4+在 LiF-NaF-UF4熔盐体系中的还原机理。

21世纪初，能源危机与环境挑战使得熔盐堆的研究重新受到重视，为氟化物熔盐的制备与应用提供了新的机遇。熔盐堆用氟化物熔盐的制备以及热物性研究集中在20世纪50～70年代，应用比较成熟的熔盐主要包括FLiNaK和FLiBe等熔盐，但存在熔点高、毒性大、热导率低、腐蚀性强等问题。发展新型氟化物熔盐（如KF-ZrF4、LiF-NaF-BeF2、LiF-NaF-ZrF4、RbF-NaF-ZrF4等）的制备与纯化方法，制备出低腐蚀性、低蒸汽压、低熔点、低成本的氟化物熔盐，对提高熔盐堆运行的稳定性、安全性和发电效率至关重要。

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