Zr（Ⅳ）在NaCl-KCl-K2ZrF6熔盐体系中的电结晶机理

熔盐电解精炼法是乏燃料后处理的一种重要方法,电沉积和结晶机理研究对U、Zr等金属的回收利用具有重要意义。在高温熔盐三电极体系下,以铂丝作研究电极、热解石墨坩埚作辅助电极、Ag/AgCl作参比电极,采用循环伏安法和计时电流法开展研究。研究了温度为1023K时,Zr(Ⅳ)在NaCl-KCl-K2ZrF6熔盐体系中的电结晶成核机理,通过电化学理论分析和恒电位电解产物微观形貌分析得到锆晶核在铂电极上的成核机理为连续成核,成核长大机理为扩散控制的三维半球形螺旋生长机理。研究结果可为电解精炼提纯金属锆以及乏燃料后处理的研究提供一定参考。

Al-K_2ZrF_6体系熔体反应法合成复合材料的微观组织和力学性能

开发了Al-K2ZrF6体系熔体反应法合成原位铝基复合材料,采用XRD,SEM和TEM分析了复合材料中相组成、微观组织和界面结构。实验结果表明:合成的增强相为Al3Zr颗粒,常规金属型铸造的复合材料中其尺寸在3μm～4μm左右,一般成聚集态分布,颗粒形貌基本为长方体状;该复合材料经重熔快淬成形后,颗粒尺寸减小,基本为粒状,并弥散分布于基体上。Al3Zr/Al复合材料的界面结构研究表明,Al3Zr颗粒与Al存在一定的晶体学位向关系:[221]Al3Zr∥[100]Al,(012)Al3Zr∥(110)Al,其点阵错位度仅为10.87%,这表明Al3Zr颗粒可作为基体Al相的形核衬底。Al3Zr/Al复合材料的力学性能测试显示,当Al3Zr颗粒体积分数为11.2%时,抗拉强度和屈服强度分别为148.7MPa和110.2MPa,而且Al3Zr/Al复合材料的抗拉强度和屈服强度均随颗粒体积分数增加显著提高。

K_2ZrF_6加入量对Al-Zr中间合金凝固组织的影响

针对Al-K_2ZrF_6体系,采用熔盐反应法制备了Al-Zr中间合金。研究了K_2ZrF_6加入量(分别占体系质量分数的12%、14%、16%和18%)对中间合金凝固组织的影响。结果表明:熔盐反应生成的Al_3Zr相呈现为颗粒状,平均尺寸3～10μm。随着K_2ZrF_6含量的增加,Al_3Zr颗粒的尺寸更细小,体积分数逐渐增大,分布更均匀。

熔盐电解精炼锆的工艺研究

研究了不同配比的NaCl-K2ZrF6熔盐体系的熔点,K2ZrF6:NaCl=3:7的熔点较低为721℃。在此基础上,研究了熔盐配比、阴极电流密度、电解温度等因素对NaCl-K2ZrF6熔盐体系电解精炼电流效率的影响,结果表明阴极电流密度、电解温度均与电流效率成反比。采用XRD及元素含量分析等方法研究了电解精炼产品质量。较佳的工艺条件为K2ZrF6:NaCl为3:7(%,质量分数),温度800℃,阴极电流密度1A.cm-2,在此条件下,电流效率可达84%以上。阴极锆为合格的工业级锆产品,产品中Fe,Ni,Cr,Mn等杂质分别由2700×10-6,540×10-6,350×10-6,400×10-6降低到30×10-6,10×10-6,18×10-6,100×10-6以下,产品纯度达到99%以上。