Separazione di zirconio e afnio
Che cos'è lo zirconio?
Lozirconio, Zr, è un elemento con un numero atomico 40 e un peso atomico di 91,224. La maggior parte dello zirconio è prodotta dalla raffinazione del minerale zircone. Lo zirconio è utilizzato nell'industria nucleare perché ha una bassa sezione d'urto per la cattura dei neutroni. Lo zirconio viene consumato sotto forma di zircaloys, di solito Zircaloy-2 e Zircaloy-4, per produrre barre di combustibile per i reattori nucleari.
Poiché lo zirconio ha un'ottima resistenza alla corrosione chimica, le forme di zirconio, come i tubi e le piastre di zirconio, sono utilizzate per produrre apparecchiature per l'industria chimica. Lo zirconio è anche utilizzato come additivo per l'acciaio e l'ossido di zirconio, talvolta noto come zirconia, è impiegato nella produzione di ceramiche.
Che cos'è l'afnio?
L'afnio, elemento che condivide lo stesso gruppo dello Zr, ha una densità maggiore e una sezione d'urto di cattura neutronica molto più ampia. Il contenuto di impurità di Hf deve essere molto basso nei prodotti di zircaloy se vengono utilizzati nell'industria nucleare.
Che cos'è lo zircone?
Lo zircone, una delle principali risorse di Zr puro, contiene solitamente una parte di Hf e la separazione di Zr e Hf è estremamente difficile. Poiché questi due elementi appartengono allo stesso gruppo, hanno proprietà chimiche simili.
Di solito, per la separazione di zirconio e afnio si applica un metodo di estrazione liquida e sono stati sviluppati diversi sistemi. Anche la distillazione di sali fusi è stata sviluppata per il processo di separazione. Tuttavia, tutti questi processi sono costosi rispetto ai comuni processi di purificazione dei metalli. Inoltre, il processo di estrazione liquida utilizza una grande quantità di acqua e produce molti rifiuti.
Di solito, non è necessario rimuovere tutto l'afnio dallo zirconio, a meno che non venga emesso per l'industria nucleare. Pertanto, i prodotti a basso contenuto di afnio potrebbero essere difficili da reperire sul mercato normale. Sebbene il processo di riduzione dello zirconio dalla sua lamella con il magnesio sia solitamente più economico, lo zirconio puro di alta qualità viene comunque prodotto sotto forma di barre di cristallo di Zr. Il prezzo di mercato dei materiali di zirconio a basso contenuto di afnio può costare il 50-100% in più rispetto allo zirconio ad alto contenuto di Hf.
Come separare l'afnio e lo zirconio?
L'estrazione e la purificazione dello zirconio dall'afnio comportano tre metodi principali, ognuno dei quali è stato studiato per ottenere lo zirconio di elevata purezza richiesto da industrie specifiche. In primo luogo, la separazione per pirolisi utilizza la differenza di pressione di vapore tra lo zirconio e il cloruro di afnio a temperature o pressioni elevate. Questo metodo offre un processo di produzione semplificato, con un'elevata efficienza e un impatto ambientale minimo. Sostituisce più fasi di produzione, rendendolo un approccio promettente nella separazione zirconio-afnio.
Un'altra tecnica efficace è l'estrazione con solvente, che impiega cuoio solvente e vari estrattori come chetoni, estrattori contenenti fosforo e ammine. Questo metodo si distingue per la scalabilità, la semplicità e il funzionamento continuo. È riconosciuto come un mezzo importante per separare lo zirconio e l'afnio grazie alla sua capacità di produzione su larga scala, garantendo il raggiungimento dei livelli di purezza necessari richiesti da varie industrie.
La separazione a scambio ionico, sebbene meno utilizzata, prevede la separazione di zirconio e afnio attraverso lo scambio ionico. Ha visto un'applicazione limitata, principalmente in volumi di produzione ridotti. Ad esempio, è stata utilizzata nell'ex Unione Sovietica per separare ulteriormente l'afnio dal materiale ricco di afnio ottenuto con il metodo di ricristallizzazione zirconio-afnio. Questo ossido di afnio purificato è servito come precursore per la produzione di afnio in spugna a livello atomico. Questi metodi distinti forniscono soluzioni mirate per raggiungere i severi requisiti di purezza necessari per le applicazioni dello zirconio in diversi settori industriali. Per maggiori informazioni, visitare il sito https://www.samaterials.it/.
Conclusioni
Stanford Advanced Materials offre barre di cristallo di zirconio di elevata purezza come fonte di Zr. Sono disponibili sia prodotti a basso afnio che ad alto afnio. Il contenuto di Hf delle nostre barre di cristallo può essere inferiore a 250 ppm.
