[发明专利]制备金属锆的方法

说明书

技术领域

本发明涉及从含有氯氧化锆和氯氧化铪的物质中制备金属锆的方法，并且特别涉及在熔融盐中通过直接还原或电解精炼包含中间步骤中所产生的氯氧化锆和氧化锆中的至少一种物质以制备金属锆的方法。

背景技术

金属锆是通过从被称为“锆沙”的氧化锆中将如同族元素铪等杂质除去而制备的，其是用于核燃料包壳管(cladding tube)或槽盒(channel box)的锆合金材料。

美国专利US 6929786(专利文献1)中公开了一种以氯化-挥发方法作为制备金属锆的方法，其中将含有铪的氧化锆转化为氯化物，并通过氯化物之间蒸气压差将铪与锆分离。

此外，美国专利US 5762890(专利文献2)中公开了一种制备金属锆的方法，其中在氧化锆一旦被转化为氯氧化物后，就将其溶解于盐酸中，然后再进行溶剂萃取，以将铪从锆中分离。

如上所描述的专利文献2中公开了一种从已分离铪的经纯化的氯氧化锆来制备金属锆的方法，其中在氯氧化锆一旦被转化为氧化锆后，就将其转化为氯化物，并使用Kroll工艺制备金属锆。

专利文献1：US 6929786

专利文献2：US 5762890

但是，根据专利文献1中所公开的氯化-挥发方法，其产生氯化物如氯化铵等副产物，氯化物成为二次废物；因此，其问题在于所产生的二次废物量较大。

此外，在使用专利文献2中所公开的Kroll法情况下，问题在于不但步骤数较多，而且所产生的二次废物的量也较大。

也就是说，当使用Kroll法时，一旦将铪已被分离后的经纯化的氯氧化锆转化为氧化锆之后，要在第一还原步骤中通过碳热还原将其转化为氯化锆，然后再通过在第二还原步骤中对于氯化锆使用镁的Kroll法进行还原，以得到金属锆；因此，两个还原步骤是必需的。

在第二还原步骤中，产生了成为二次废物的氯化物如氯化镁等副产物。此外，在第一还原步骤之前进行的将氯氧化锆转化为氧化锆的步骤中，产生了成为二次废物的氯化铵副产物。

因此，在使用专利文献2中所公开的Kroll法的情况下，氯氧化物被转化为氧化物，然后再还原为金属，其中步骤数目增多；因此，问题在于生产成本较高，且所产生的二次废物的量较大。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而进行的，本发明的目的是提供金属锆的制备方法，所述方法的步骤更少，并且所产生的二次废物量更小，其中金属锆是从含有铪的锆化合物得到的。

根据本发明的一种制备金属锆的方法解决了上述问题，所述方法包括：分离步骤：将氯氧化铪从含有氯氧化锆和氯氧化铪的第一物质中分离，以得到具有更高含量氯氧化锆的第二物质；煅烧步骤：将第二物质煅烧，以得到包含氯氧化锆和氧化锆中至少一种的第三物质；和直接还原步骤：将第三物质保持在熔融盐中，并使第三物质与阴极接触，且在阴极和阳极间施加电压，以直接还原第三物质而得到金属锆。

此外，根据本发明的另一种制备金属锆的方法解决了上述问题，所述方法包括：分离步骤：将氯氧化铪从含有氯氧化锆和氯氧化铪的第一物质中分离，以得到具有更高含量氯氧化锆的第二物质；氢氧化物沉淀步骤：向第二物质中加入氢氧化物，以得到含有氢氧化锆的第四物质；煅烧步骤：将第四物质煅烧，以得到包含氧化锆的第五物质；和直接还原步骤：将第五物质保持在熔融盐中，并使第五物质与阴极接触，且在阴极和阳极间施加电压，以直接还原第五物质而得到金属锆。

另外，根据本发明的又一种制备金属锆的方法解决了上述问题，所述方法包括：分离步骤：将氯氧化铪从含有氯氧化锆和氯氧化铪的第一物质中分离，以得到具有更高含量氯氧化锆的第二物质；煅烧步骤：将第二物质煅烧，以得到包含氯氧化锆和氧化锆中至少任一种的第三物质；以及电解精炼步骤：将第三物质溶解在熔融盐中，并在浸没于熔融盐中的阴极和阳极间施加电压，以进行电解精炼而得到金属锆。

根据本发明的制备金属锆的方法，可以通过步骤更少且所产生的二次废物量更小的方法，从含有铪的锆化合物制备金属锆。

附图说明

图1是根据本发明的制备金属锆的第一方法的一个实例的流程图。

图2是直接还原步骤的示意图。

图3是根据本发明的制备金属锆的第二方法的一个实例的流程图。

图4是根据本发明的制备金属锆的第三方法的一个实例的流程图。

图5是根据本发明的制备金属锆的第三方法的修改例的流程图。

图6是根据本发明的制备金属的第一方法的一个实例的流程图。

图7是根据本发明的制备金属铪的第二方法的一个实例的流程图。