فصل الزركونيوم والهافنيوم
ما هو الزركونيوم؟
الزركونيوم، Zr، هو عنصر عدده الذري 40 ووزنه الذري 91.224. يتم إنتاج معظم الزركونيوم عن طريق تكرير الزركون المعدني. يُستخدم الزركونيوم في الصناعة النووية لأن الزركونيوم له مقطع عرضي منخفض لالتقاط النيوترونات. يُستهلك الزركونيوم في شكل سبائك الزركونيوم، عادةً زركالوي-2 وزركالوي-4، لصنع قضبان الوقود للمفاعلات النووية.
ونظراً لأن الزركونيوم يتمتع بمقاومة جيدة جداً للتآكل الكيميائي، تُستخدم أشكال الزركونيوم، مثل أنابيب وألواح الزركونيوم لصنع معدات للصناعة الكيميائية. كما يستخدم الزركونيوم أيضاً كمادة مضافة للصلب ويستخدم أكسيد الزركونيوم، المعروف أحياناً باسم الزركونيا، في إنتاج السيراميك.
ما هو الهافنيوم؟
يتميزعنصر الهفنيوم، وهو العنصر الذي يشترك في نفس مجموعة الزرنيوم، بكثافة أعلى ومقطع عرضي أكبر بكثير لالتقاط النيوترونات. يجب أن يكون محتوى شوائب Hf منخفضًا جدًا في منتجات سبائك الزركالويوم إذا تم استخدامها في الصناعة النووية.
ما هو الزركون؟
عادةً ما يحتوي الزركون، وهو مورد رئيسي من الزركون النقي، على بعض Hf، وعادةً ما يكون الفصل بين الزركون وHf صعب للغاية. وبما أن هذين العنصرين في نفس المجموعة، فإن لهما خواص كيميائية متشابهة.
وعادةً ما يتم تطبيق طريقة استخلاص سائل لفصل الزركونيوم والهافنيوم وقد تم تطوير العديد من الأنظمة. كما تم تطوير تقطير الملح المنصهر لعملية الفصل. ومع ذلك، فإن جميع العمليات المذكورة أعلاه مكلفة مقارنة بعمليات تنقية المعادن الشائعة. إلى جانب ذلك، تستخدم عملية الاستخلاص السائل كمية كبيرة من المياه وتنتج الكثير من النفايات.
وعادةً، لا توجد حاجة لإزالة كل الهافنيوم من الزركونيوم، ما لم يتم إصداره للصناعة النووية. وبالتالي، قد يكون من الصعب الحصول على منتجات الهافنيوم المنخفضة في السوق العادية. على الرغم من أن عملية اختزال الزركونيوم من شريحته بواسطة المغنيسيوم عادةً ما تكون أرخص، إلا أن الزركونيوم النقي عالي الجودة لا يزال ينتج على شكل قضيب بلوري من الزرنيوم . يمكن أن يكلف سعر السوق لمواد الزركونيوم منخفضة الهفنيوم الزركونيوم 50 ~ 100٪ أكثر مقارنةً بالزركونيوم عالي الهيدروفلورنيوم.
كيف يتم الفصل بين الزركونيوم والزعركونيوم؟
ينطوي استخلاص وتنقية الزركونيوم من الهافنيوم على ثلاث طرق أساسية، كل منها مصمم خصيصًا لتحقيق الزركونيوم عالي النقاء المطلوب لصناعات محددة. أولاً، يستخدم الفصل بالتحلل الحراري الفرق في ضغط البخار بين الزركونيوم وكلوريد الهافنيوم في درجات حرارة أو ضغوط مرتفعة. وتوفر هذه الطريقة عملية إنتاج مبسطة تتميز بالكفاءة العالية والحد الأدنى من التأثير البيئي. وهي تحل محل مراحل الإنتاج المتعددة، مما يجعلها نهجًا واعدًا في فصل الزركونيوم عن الهافنيوم.
وهناك تقنية فعالة أخرى هي الاستخلاص بالمذيبات، باستخدام الجلد المذيب ومستخلصات مختلفة مثل المستخلصات المحتوية على الكيتون والفوسفور والأمين. تتميز هذه الطريقة بقابليتها للتطوير وبساطتها وتشغيلها المستمر. وهي معروفة كوسيلة مهمة لفصل الزركونيوم والهافنيوم نظرًا لقدرتها على الإنتاج على نطاق واسع، مما يضمن تحقيق مستويات النقاء اللازمة التي تتطلبها الصناعات المختلفة.
ينطوي الفصل بالتبادل الأيوني، على الرغم من قلة استخدامه، على فصل الزركونيوم والهافنيوم من خلال التبادل الأيوني. وقد شهد استخدامًا محدودًا، في المقام الأول في أحجام الإنتاج الأصغر. على سبيل المثال، تم استخدامه في الاتحاد السوفيتي السابق لفصل الهافنيوم عن المواد الغنية بالهافنيوم التي تم الحصول عليها من خلال طريقة إعادة بلورة الزركونيوم والهافنيوم. وقد استُخدم أكسيد الهافنيوم المنقى هذا كسليفة لإنتاج الهافنيوم الإسفنجي على المستوى الذري. وتوفر هذه الطرق المتميزة حلولاً مستهدفة لتحقيق متطلبات النقاء الصارمة اللازمة لتطبيقات الزركونيوم في مختلف الصناعات. لمزيد من المعلومات الشاملة، تفضل بزيارة https ://www.samaterials.com/.
الخلاصة
توفر Stanford Advanced Materials قضبان بلورية عالية النقاء من الزركونيوم كمصدر للزركونيوم. يتوفر كل من منتج الهافنيوم المنخفض والهافنيوم العالي. يمكن أن يكون محتوى Hf من القضبان البلورية لدينا أقل من 250 جزء في المليون.
