Почему у циркония и гафния очень схожи радиусы атомов?

На заре своей истории человечество в быту и производстве использовало лишь несколько металлов – железо, медь, свинец, золото. В дальнейшем это количество металлов только возрастало. В ХХ веке для химической промышленности, металлургии стали необходимы тугоплавкие, коррозионностойкие сплавы с высокими механическими свойствами. Обычная сталь не удовлетворяла уже этим требованиям. С возникновением и развитием атомной энергетики возникла необходимость в материалах с низким и высоким поглощением нейтронов, которые были необходимы для постройки оболочек ядерных реакторов, создания тепловыделяющих элементов (твэлов) , регулирующих стержней атомных реакторов, которые характеризируются высоким поглощением нейтронов и способны почти мгновенно гасить ядерную реакцию.

Наиболее полно удовлетворял все выдвинутые требования цирконий. Он имел высокую температуру плавления, низкое поглощение нейтронов, высокие механические свойства. Но большинство циркониевых руд содержало 0,5 – 2,5 % гафния, который является аналогом циркония, но который характеризируется высоким поглощением нейтронов и может быть использован только как материал для регулирующих и аварийных стержней реакторов. Перед учеными возникла задача найти методы разделения металлов, которая была усложнена тем фактом, что цирконий и гафний очень схожи по химическим свойствам между собой, схожи также и их соединения.

В ХХІ веке одной из главных ценностей человечества станет энергия, возрастание стоимости нефти, свидетелями чего мы являемся, исчерпание разведанных запасов газа выведут атомную энергетику на первое место по производству электроэнергии. Уже сейчас в Японии атомная энергетика производит около 40 % всей электроэнергии. В России этот показатель около 28 %. Поэтому дальнейшее развитие атомной энергетики потребует создания материалов для реакторостроения и компонентом этих материалов будет цирконий. Поэтому перед химией поставлены задачи найти технологии и методики получения высокочистого циркония и гафния с наименьшими затратами.

Целью дипломной работы является разработка методики разделения циркония и гафния.

Объектом исследования выступает циркониевый концентрат.

Предметом исследования является возможность получения высокочистого циркония с количеством примесей менее 0,01 % из циркониевого концентрата.

Для достижения цели исследования были поставлены следующие задачи:

Изучить основные свойства и применение циркония и гафния;

Определить основные этапы получения циркониевых концентратов;

Изучить теоретические аспекты получения циркониевых концентратов;

Изучить методы разделения циркония и гафния;

Выявить проблемы и трудности в процессе разделения циркония и гафния, которые влияют на качество получаемых металлов;

Предложить методику разделения циркония и гафния, которая позволит получить высокочистые металлы с низким содержанием примесей, пригодные для использования в атомной промышленности без дальнейшей очистки.

Теоретическая значимость работы заключается в анализе химико-технологической литературы по проблеме металлургии и разделения циркония и гафния.

Практическая значимость работы состоит, по нашему мнению, в том, что рассмотренная в данной работе методика может быть рекомендована, после ее доработки и апробации на полупромышленных установках, для практического применения на предприятиях цветной металлургии.