多晶硅冶金法除磷的研究进展

磷是多晶硅中的一种主要杂质元素,目前国内外采用冶金法除磷的工艺主要包括酸洗除磷、合金定向凝固除磷和真空除磷工艺。其中,酸洗除磷工艺可以很有效地去除磷杂质,但仍未达到太阳能级多晶硅小于0.1×10-4%(质量分数)的要求。采用合金定向凝固工艺可以去除80%以上的磷杂质,但目前对凝固后硅中残留溶剂金属的去除方法还有待进一步的研究。通过真空感应熔炼实验已将磷含量从15×10-4%(质量分数)降低至0.8×10-5%(质量分数),并对除磷的热力学条件进行了初步探索。

KCl-NaCl等摩尔熔盐体系电解CeCl_3制备金属铈

KCl-NaCl等摩尔熔盐体系是常见的高温熔盐体系。相比于LiCl-KCl共晶盐体系,KCl-NaCl等摩尔熔盐体系允许的操作温度更高,从而可以将金属转变为液态,以便收集。本文在850℃条件下电解CeCl_3-KCL-NaCl熔盐,以99.3%的产率制备了金属铈。金属铈在坩埚底部直接获得并与熔盐快速脱模,经ICP-AES分析金属的纯度大于99.17%,EDS分析金属纯度大于99.9%。实验建立了电解过程化学模型,解释了电解效率关于电流大小的变化趋势,电流效率最高时使用的电流为3 A(电流密度为0.6821 A/cm^2)。电解过程使用搅拌桨将导致液态金属铈过度分散而无法收集。

FLiNaK熔盐中CsF的蒸发与分离

Cs的同位素是核裂变的主要产物之一,在熔盐反应堆液态燃料盐中以Cs F的化学形态存在,定期从燃料盐中除去或减少其含量将有助于提高反应堆的中子经济性。本文用FLi Na K熔盐模拟熔盐堆载体盐FLi Be体系,研究了Cs F在不同蒸发条件下的蒸发行为,并尝试进行了减压蒸馏和金属Li还原蒸发技术分离Cs F的实验研究。研究表明,在5 Pa蒸馏压力下,Cs F的蒸发量随温度呈线性上升趋势,780oC时Cs F的含量由1%降到0.14%,分离率达86%,但此时载体盐的蒸发量达9.5%;在常压、700oC条件下,熔盐中Cs F的蒸发比例随还原剂Li的添加量而提高,当添加的金属Li的摩尔浓度与Cs F为120:1时,Cs F分离率达91%。研究结果为了解Cs F在氟盐体系中的蒸发行为和建立可行的分离方法提供基础实验依据。

氧化物沉淀-减压蒸馏耦合分离FLiNaK熔盐中的NdF3

利用氧化物沉淀-减压蒸馏耦合法研究FLiNaK熔盐体系中氟化物的蒸发行为及稀土Nd的分离。高温下氧化物CaO与稀土氟化物NdF_3反应形成难溶于熔盐的稀土氧化物,通过减压蒸馏蒸发、收集冷凝FLiNaK熔盐,提高稀土与熔盐的分离度,促进熔盐的回收利用。研究表明,含有NdF_3(w=3%)的FLiNaK熔盐中加入CaO,730°C下反应6 h,n(NdF_3):n(CaO)=1:3时NdF_3的转化率达95%。X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)分析表明生成的Nd_2O_3主要沉淀在熔盐的底部。经730°C高温沉淀、930°C熔盐蒸馏,冷凝盐中稀土Nd的去污因子达9.4′105,而未经沉淀处理Nd的去污因子为3.1′104,表明高温沉淀蒸馏耦合法使稀土NdF_3转化为氧化物Nd_2O_3,显著增大稀土与FLiNaK的分离度,提高收集盐的纯度。

氟化物对LiCl-KCl熔盐蒸馏行为的影响

从含有裂变产物氟化物的氯化物熔盐中分离回收载体盐,对锕系元素和裂变产物氟化物电解分离技术的研发有着重要意义。本文以含有稀土、碱土金属和锆氟化物的LiCl-KCl盐为对象,在1 050 K、130 Pa的条件下,研究了氟化物种类和蒸发比例对LiCl-KCl熔盐减压蒸馏行为的影响。结果表明:随着蒸发比例的增大,5%CeF_3-LiCl-KCl混合盐蒸馏后得到的收集盐中Ce的去污系数逐渐减小。对于含有CeF_3、Nd F_3、LaF_3、SrF_2等氟化物的LiCl-KCl盐,蒸发比例为95%时,对应收集盐中金属元素的去污系数基本维持在103数量级。当混合盐含有EuF_3或ZrF4时,金属元素的去污系数相比于其他元素明显偏低,前者主要是由于相对易挥发EuF_2的存在,而后者是由于ZrF_4较高的蒸气压所致。CeF_3-LiCl-KCl蒸发收集盐的分析结果显示,蒸馏后得到的LiCl-KCl盐组成与原料盐一致,氟含量较低,能满足回收再利用的要求。