[发明专利]一种高纯度的氟化物熔盐及其制备方法

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化物熔盐及其制备方法。

背景技术

熔盐核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，比如液体氟化钍反应堆、四氟化铀反应堆等。由于熔盐核反应堆具有极高的经济性，其燃料的直接热交换方式使其具备可以小型化的优势，从而具有为舰船和航空器上提供动力的光明前景。

熔融状态的熔盐在熔盐核反应堆中作为溶解和冷却剂使用。常用于此类核反应堆的熔盐是一种氟化盐混合物的熔盐。由于氟化盐混合物的熔盐在熔融状态下具有很低的蒸汽压力，传热性能好，无辐射，与空气、水都不发生剧烈反应，故此类氟化物熔盐在商用发电堆领域已得到广泛的应用。

应用于熔盐核反应堆中作为溶解和冷却剂的熔盐，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。

传统氟化物熔盐制备技术中，通常用高纯无水HF和H₂进行交替处理方法，将杂质氧化物氟化为易挥发产物、或者转化为固体过滤去除。然而，该方法制备周期很长，需将熔融的熔盐以高纯无水HF和H₂交替处理48小时以上，并且高纯无水HF(水含量小于15ppm)很难制备得到，HF和H₂的使用也有较高危险性。

因此，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氟化盐混合物的熔盐，以及能够替代HF和H₂交替处理的制备方法，缩短制备处理时间，并能有效地制备高纯度氟化盐混合物熔盐的方法。

发明内容

综上所述，本发明提供了一种高纯度氟化物熔盐，及其制备方法。

本发明的第一方面，提供了一种制备氟化物熔盐的方法，所述方法包括以下步骤：

(i)提供氟化氢铵-氟化盐混合物，其中所述混合物含有氟化盐LiF、NaF和KF以及氟化氢铵，其中所述的氟化氢铵纯度≥99.9wt%；

(ii)加热熔融所述氟化氢铵-氟化盐混合物，从而形成高纯度氟化盐熔体；和

(iii)冷却所述的高纯度氟化盐熔体，从而获得氟化物熔盐。

在另一优选例中，步骤(i)包括：提供一氟化盐混合物，其中所述氟化盐包括LiF、NaF和KF；以及向所述的氟化盐混合物中加入纯度≥99.9wt%的氟化氢铵，从而获得氟化氢铵-氟化盐混合物；和/或

提供一定摩尔百分比的氟化盐以及氟化氢铵，其中所述氟化盐包括LiF、NaF和KF，所述的氟化氢铵纯度≥99.9wt%，并将所述的氟化盐及氟化氢铵混合，从而获得氟化氢铵-氟化盐混合物。

在另一优选例中，步骤(ii)中所述氟化氢铵分解为氟化氢，氟化盐中的氧化物与氟化氢反应生成水，高温下以水蒸汽形式排出。

在另一优选例中，步骤(i)中所述的氟化盐的摩尔比为LiF：NaF：KF=40-57：8-25：35-52。

在另一优选例中，所述熔盐所含LiF、NaF及KF的摩尔百分比为LiF：NaF：KF=46.5±1：11.5±0.5：42±1。

在另一优选例中，所称量的原料LiF、NaF和KF的摩尔百分比为LiF：NaF：KF=46.5：11.5：42。

在另一优选例中，所述的LiF、NaF和KF是经真空干燥的。

在另一优选例中，所述的真空干燥条件是真空干燥温度为300-400℃；干燥时间为2-6小时。

在另一优选例中，步骤(i)中所述的氟化氢铵通过以下方法制备：

(a)将氟化氢铵原料溶于水，从而获得氟化氢铵水溶液；

(b)将所述的氟化氢铵水溶液冷却，从而析出氟化氢铵晶体；