بررسی ساختارهای مختلف اسفنج زیرکونیم با درجه‌ی هسته‌ای

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشکده‌ی مواد، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران

2 پژوهشکده‌ی مواد، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای

3 دانشکده‌ی مهندسی مواد، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد نجف آباد

چکیده

مورفولوژی اسفنج زیرکونیم حاصل از فرایند کرول، در مواردی مانند تأثیر آن بر ترکیب شیمیایی و میزان ناخالصی­‌های اسفنج و هم­‌چنین بازده­‌ی ماندگاری اسفنج در فرایندهای میانی تولید، اهمیت پیدا می‌کند. در این پژوهش، از مراحل مختلف فرایند، مناطق مختلف محصول نمونه‌­برداری، و از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و هم­‌چنین تکنیک پراش اشعه ایکس (XRD) برای ارزیابی محصول استفاده شد. آنالیز XRD اسفنج زیرکونیم نشان داد که پس از فرایند احیا، میزان کلرید منیزیم و منیزیم باقی­‌مانده در بافت اسفنج افزایش می‌­یابد و به صورت غیریکنواخت در قسمت­‌های مختلف اسفنج پراکنده می‌­شود، به طوری که میزان این ناخالصی­‌ها در مرکز اسفنج  بالاتر از سایر نقاط خواهد شد.
هم­‌چنین بررسی­‌های SEM نشان داد که در این فرایند، شکل ابتدایی ذرات اسفنج زیرکونیم در بدو تولد بی­‌قاعده است. آنالیز شیمیایی مشخص کرد چنان­چه مورفولوژی اسفنج شبه سوزنی باشد، در مرحله­‌ی تقطیر تحت خلأ ، ناخالصی­‌ها را از خود بهتر دفع می­‌کند. چنان­چه فرایند تقطیر اسفنج زیرکونیم در مدت زمان کافی انجام نشود، میزان ناخالصی­‌های کلریدی و منیزیم در مرکز توده‌­ی اسفنج بالاتر از نقاط محیطی خواهد بود. بنابراین به منظور حذف حداکثری این ناخالصی‌­ها در فرایند تقطیر، نیاز است که زمان مناسب به کار رود. هر چند فرایند تقطیر ذاتاً زمان­بر و پرهزینه است، با این وجود حذف ناخالصی­‌ها نسبت به خالص‌­سازی به روش شیمیایی، کاملاً برتری دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Study of the Morphologies of Nuclear Grade Zirconium Sponge

نویسندگان [English]

  • M Asadi Asadabad 1
  • M Zolfaghari Ataabadi 2
  • S. A. H Emami 3
چکیده [English]

The morphology of zirconium sponge formed during the Kroll process could be more important due to its effect on composition, amount of impurities and efficiency of the sponge durability in the subsequent intermediate processes. In this research, various samples were prepared from different stages of the process and different zones of the products. In order to evaluate the products, scanning electron microscopy (SEM) and X-Ray diffraction (XRD) techniques were used. XRD analysis of the zirconium sponge showed that the amounts of magnesium chloride and retained magnesium in sponge texture were at a high level after the reduction process and were distributed non-uniformly in various parts of the sponge in which the amounts of impurities in the center was higher than the other parts. Also, examination by the scanning electron microscopy showed that the prime morphology of the zirconium sponge particles is irregular. Chemical analysis indicated that the excretion of magnesium impurities from the sponge will be more desirable in the distillation process, when the sponge morphology is in needle–like shape. If there is not enough time for the distillation process, the amount of magnesium and chloride impurities in the center of zirconium sponge will be higher in comparison to the other areas. So, for maximum elimination of such impurities in the distillation process, sufficient time duration has to be considered. Despite the fact that the distillation process is time-consuming and expensive, the impurity elimination compared to the proceses of chemical purifying is more favourable

کلیدواژه‌ها [English]

  • Zirconium Sponge
  • Morphology
  • Reduction Process
  • Distillation Process

[1] The Metallurgy of Zirconium, McGraw-Hill Book Co. Inc., New York (1955).

 [2] G.D. Moan, P. Rudling, editors, Zirconium in the nuclear industry: 13th International Symposium, ASTM STP 1423 (2002).

 [3] D. Franklin, editor, Zirconium in the Nuclear industry: 5th International Conference, ASTM STP 754 (1981).

 [4] M.P. Puls, The effect of Hydrogen and Hydrides on the Integrity of Zirconium Alloy components, Springer, (2012).

 

[5] B.E. Russell, H. Charles, Method of producing group IV-A Metals, U.S.Patent2825642 (1958).

 

[6] W.J. Kroll, How commercial titanium and zirconium were born, J. FRANKLIN I, 260(3) (1955) 169-191.

 

[7] H.A.M. Abodishish, R. James Adams, Joseph. B. White, Process for chloride removal from sponge metal, U.S.Patent5062887 (1991).

 

[8] H.A.M. Abodishish, L.S. Kimball, Process for purifying zirconium sponge, U.S.Patent5100465 (1992).

 

 

 

 

 

 

 

[9] F.G. Reshetnikov, E.N. Oblomeev, Mechanism of formation of zirconium sponge in zirconium production by the magnesothermic process, The Soviet J. At. Energ. 2(5) (1957) 561-564.

 

[10] K. Kapoor, C. Padmaprabu, D. Nandi, On the evolution of morphology of zirconium sponge during reduction and distillation, Mater. Charact. 59 (2008) 213-222.

 

[11] K. Ishimatsu, H. Kurume, T. Nakahara, A. Murata, M. Kuroki, Process and apparatus for production sponge, U.S.Patent4105192 (1978).

 

[12] H. Ishizuka, Process for producing metallic zirconium, U.S.Patent 4242136 (1980).

 

[13] H. Ishizuka, Methods of purifying refractory metal, U.S.Patent4749409 (1988).

 

[14] W.C. Lilljendahl, E.D. Gregory, S.M. Wrouphton, Removal of embrittling gases from zirconium, J. electrochem. Soc. 99 (1952) 187-189.