[发明专利]一种高纯度的氟锂铍熔盐及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于核能工业技术和化工技术领域，具体地涉及一种高纯度的氟锂铍熔盐及其制备方法。

背景技术

熔盐核反应堆（Molten Salt Reactor,MSR）是采用溶有易裂变材料且处于熔融状态下的熔盐作为核燃料的反应堆，是一种目前常用的核能发电技术的反应堆。熔盐核反应堆是直接将核燃料溶解入熔融状态的熔盐中，制得的液态核燃料。熔盐核反应堆因其具有的极高的中子经济性、大功率密度、固有负载可控、负温度系数大、高转化比、高可靠性、燃料组合耗费低、可增殖性等诸多优点，在2002年日本东京召开的第四代核反应堆国际研讨会上，被确定为优先发展的第四代核反应堆设计方案之一。

FLiBe熔盐是目前常见的一类核反应堆采用的熔盐。FLiBe熔盐是以氟化锂和氟化铍以摩尔比2:1组成的低共融氟盐，其具有优良的物理和化学特性，特别是极低的中子吸收和活化特性，被誉为“中子透明”氟盐，因此而成为核反应堆一回路冷却剂的首选熔盐种类。

应用于熔盐核反应堆中作为溶剂和冷却剂的熔盐，对熔盐纯度的要求非常高。熔盐的物理化学性质，如熔点、粘度、辐照稳定性、对燃料盐的溶解能力等，在很大程度上取决于其纯度。由于部分氧化物通常会与核燃料反应，在反应堆内形成浆状物或产生沉淀，造成反应堆运行不稳定，甚至会出现事故，因此在FLiBe熔盐的制备过程中，除氧过程显得尤为关键。此外，对于一些中子吸收截面大的元素，如锂-6、硼、铬、铁、镍、稀土等杂质，以及一些腐蚀性强的含氧酸根离子，其含量在熔盐中都有非常严格的限制。

目前，常用的制备熔盐的方法中，所需的氟化盐一般都在水溶液中制备，或通过水溶液中的重结晶工艺进行纯化，所以或多或少带有一定的水份。尽管在熔盐的制备过程中，氟化盐中的水份可以采用高温加热的方式部分除去，但高温条件下，氟化盐也更易水解而生成金属氧化物。所以，在制备熔盐的过程中，为了去除杂质氧化物，还需要进行氟化处理。

传统氟锂铍熔盐制备技术中，通常熔盐除氧的主要方法是通过高纯无水氟化氢（或者氟化氢铵）与金属氧化物、氢氧化物及碳酸盐进行反应。但是此类方法的制备周期长，并且原料的高纯度要求使制备成本很高，制备步骤和仪器操作均有一定的复杂性。因此，在工业化制备高纯度FLiBe熔盐的生产领域中，寻找开发出一种经济可行的制备方法一直是研究的热点所在。

综上所述，本领域迫切需要开发出一种适用于熔盐核反应堆的高纯度FLiBe熔盐，以缩短制备处理时间，并能有效地制备较高纯度FLiBe熔盐的方法。

发明内容

本发明的第一方面，提供了一种制备氟锂铍熔盐的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(i)提供一氟化锂（LiF）-氟铍酸铵（(NH₄)₂BeF₄）混合物；

(ii)加热熔融所述氟化锂-氟铍酸铵混合物，从而形成高纯度氟化盐混合物熔体；和

(iii)冷却所述的高纯度氟化盐混合物熔体，从而获得氟锂铍熔盐。

在另一优选例中，其中所述的氟铍酸铵的纯度≥99.9wt%

在另一优选例中，所述的氟化锂的纯度≥99.99wt%。

在另一优选例中，步骤(i)包括：提供一纯度≥99.99wt%的氟化锂，以及向所述的氟化锂中加入纯度≥99.9wt%的氟铍酸铵，从而获得氟化锂-氟铍酸铵混合物；和/或

提供以一定摩尔百分比配制的氟化锂与氟铍酸铵的混合物，其中所述的氟化锂纯度≥99.99wt%，所述的氟铍酸铵纯度≥99.9wt%。

在另一优选例中，步骤(ii)中所述的氟铍酸铵（(NH₄)₂BeF₄）受热分解为氟化铍（BeF₂）、氨气（NH₃）与氟化氢（HF）；氟化盐中的杂质氧化物与分解所产生的氟化氢反应生成水，高温下以水蒸汽形式排出。

在另一优选例中，步骤(i)中所述的氟化锂与氟铍酸铵的摩尔百分比为LiF：(NH₄)₂BeF₄=60-70：30-40mol％。

在另一优选例中，所述的氟化锂与氟铍酸铵的摩尔百分比为LiF：(NH₄)₂BeF₄=66.7±1：33.3±1mol％。