[发明专利]一种炉气净化装置

说明书

本发明提供了一种炉气净化装置，采用高纯钛锆合金作为吸气材料，提供了高效的吸气净化能力。锆钛合金是一种高活性，吸气效率很高的吸气材料。本发明通过精确控制吸气材料工作温度，充分发挥了吸气材料最佳效果。采用外置真空鼓风装置，实现了电化学反应器气氛强制对流，使吸气材料与电化学反应器内气氛充分接触，从而保障了最佳吸气效果。通过粉尘过滤装置，将炉气粉尘充分过滤，避免吸气材料被粉尘“毒化”失去活性，从而实现吸气材料长时间保持高活性、高吸气能力。

技术领域

本发明应用于电解提纯核级高纯锆领域，具体涉及一种核级高纯锆电化学反应器炉气净化方法与装置。

背景技术

锆及其合金材料具有独特的耐高温、抗腐蚀、热中子吸收截面小等性能，在原子能工业中，锆合金用作反应堆包壳和结构材料。在航空、航天、能源、化工、冶金、电子、轻工、机械、医疗等领域锆金属及其合金材料也得到广泛的应用。在世界主要的锆铪生产国家，锆铪的产业化发展都是与核工业紧密联系在一起的。

锆与铪天然共生，同属化学元素周期表中的第IVB族元素，有着相似的外层电子结构，又由于铪紧接在镧系元素之后，受镧系收缩的影响很大，使得锆、铪的原子半径、离子半径和结构等都十分相近，导致它们的化学性质也极其相似，成为元素周期表中最难分离的元素对之一。自然锆资源中通常铪的质量分数1.5％～3％。原子能级海绵锆对杂质元素含量有很高的要求，尤其是铪元素，核级锆要求铪含量＜100ppm。

传统的镁热还原法很难生产满足核能源要求的海绵锆，而电解法具有产量大、可连续化、环保、纯度高等优点，可应用于核级海绵锆生产制备。锆在高温下，具有很高的化学活性，很容易与O₂、N₂、CO₂、H₂、H₂O反应，进而降低电解锆纯度。

生产核级锆的电化学反应器内通常充满惰性气体，以防止电解产物氧化，但是在加料、出料、换电极过程中不可避免地打开真空槽体，有少量炉气进入密闭槽内，一方面炉气与电解锆发生反应，另一方面炉气氧化腐蚀电化学反应器壁，形成含铁氧化物进入熔盐，污染电解产物。电解高纯锆工艺通常采用氟化钠、氟化钾、氟化锂、氯化钠、氯化钾等碱金属卤化物熔盐作为电解质，在高温下，部分电解质挥发形成蒸汽，进而冷凝形成粉尘，附着在水冷壁上。卤化物对不锈钢材质有一定腐蚀性，大量电解质粉末凝结于槽壁，容易脱落至坩埚，由腐蚀产生的含铁化合物随电解质粉末一同进入坩埚，造成高纯锆中铁元素升高，影响产品质量。因此，在电化学反应器运行过程中有效地去除槽内炉气杂质和电解质粉尘至关重要。

目前的技术是使用普通海绵钛作为吸气材料的净化装置，在电解反应过程中，净化装置吸附电化学反应器中的炉气杂质(如氧气、氮气或水蒸汽等)。上述技术方案将海绵钛直接放置于电化学反应器内部，具体放置于电极上方。普通海绵钛由于杂质含量较高，吸气能力有限，无法长时间持续高活性。海绵钛的活性与其温度成正比，只有在较高温度下，海绵钛才展现出较高活性。中海绵钛吸气材料温度较低，因此活性较差。

吸气材料在气体流动不充分的环境下，与气体接触机会相对较少，因此上述技术方案吸气材料吸气效果受到限制。本发明经过大量实验研究发现吸气材料活性受炉气中粉尘影响明显，当炉气中粉尘较多时，吸气材料表面附着一层电解质，减少吸气材料与杂质气体接触面积，从而严重降低了吸气材料活性。上述技术方案中将海绵钛直接放置于电极上方，电解质蒸汽极易冷凝在吸气材料表面，吸气材料活性降低，甚至完全丧失活性。

为了克服电化学反应器内净化装置净化效率低、活性时间短、无法过滤炉气粉尘等问题，本发明提供了一种高活性高效率的吸气材料，同时提供了一种可连续化，可更换吸气材料，高效清除炉气内残留杂质气体和电解质挥发粉尘的净化装置。

发明内容

为了克服前述问题，本发明的目的在于提供一种炉气净化装置。