一种FLiNaK熔盐及其制备方法、反应器和制备装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了FLiNaK熔盐及其制备方法、反应器和制备装置。FLiNaK熔盐中氧、硫、氯、硅、镍、铁、钙、铝、钡、铬、钴、镉、锰、镁、铜、磷、铅、锌、钒、钛、钼、钨、锆、锶、锡元素的含量均低于0.01％，各杂质元素含量总和不超过0.1％；LiF、NaF、KF的质量比为29.3:11.7:59.0。该FLiNaK熔盐的制备方法如下：(1)混合干燥；(2)升温熔融；(3)500～600℃下氢气鼓泡8h以上；(4)于500～550℃下用1:(4～9)的氟化氢和氢气的混合气鼓泡36h以上；(5)氢气再处理。本发明专利技术的FLiNaK熔盐对哈氏N合金、GH3535、SUS316Ti合金具有良好的材料相容性。

FLiNaK molten salt and preparation method, reactor and preparation device thereof

The invention discloses a FLiNaK molten salt and a preparation method, a reactor and a preparation device thereof. The content of oxygen, sulfur, chlorine, silicon, nickel, iron, calcium, aluminum, calcium, aluminum, chromium, cobalt, cadmium, manganese, magnesium, manganese, magnesium, copper, phosphorus, lead, zinc, vanadium, titanium, molybdenum, tungsten, zirconium, strontium and tin in the FLiNaK molten salt is less than 0.01%, and the total content of the impurities is not more than 0.1%, and the mass ratio of LiF, NaF and KF is 29.3:11.7:59.0. The preparation methods of the FLiNaK molten salt are as follows: (1) mixed drying; (2) heating and melting; (3) the hydrogen bubble is more than 8h at 500~600 C; (4) 36h above the mixture of hydrogen and hydrogen with 1: (4~9) at 500~550 centigrade; (5) hydrogen reprocessing. The FLiNaK molten salt of the invention has good material compatibility for Hastelloy N alloy, GH3535 and SUS316Ti alloy.

【技术实现步骤摘要】
一种FLiNaK熔盐及其制备方法、反应器和制备装置
本专利技术涉及一种FLiNaK熔盐及其制备方法、反应器和制备装置。
技术介绍
LiF、NaF、KF按一定比例(29.3-11.7-59.0wt％)混合熔融后形成一种低共熔FLiNaK共晶盐，熔点458℃。FLiNaK熔盐具有热稳定性好、蒸汽压低、流动性好等特点，可用作核反应堆传热介质，也可用于太阳能光热发电等新能源领域。纯净的FLiNaK熔盐对哈氏N合金、GH3535、SUS316Ti合金等腐蚀性极低，在控制好气氛及熔盐电位的前提下可长期服役。腐蚀研究表明，FLiNaK熔盐对哈氏N合金、GH3535、SUS316Ti合金等材料的腐蚀性与其纯度直接相关。由市售氟盐原料直接熔融形成的FLiNaK熔盐由于含有较多腐蚀性金属离子、氧化物及硫酸根等杂质，对合金材料具有较强的腐蚀性，不能直接采用，必须予以净化。然而，目前关于高纯FLiNaK熔盐的制备技术及质量标准在国内外尚属空白。宗国强等在中国专利文献CN103219052A中提到的用氟化氢铵法制备高纯FLiNaK熔盐的方法，虽然可以去除大部分水、氧等腐蚀性杂质离子，但对硫酸根等有害杂质去除效果较差。而且，该方法残留的铵根离子对熔盐腐蚀性影响也比较大，使得最终制得的FLiNaK熔盐难以较好地满足腐蚀性的要求。因此，如何制备纯度高、杂质含量低、腐蚀性小的FLiNaK熔盐成了本领域的重要研究课题。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于克服现有的FLiNaK熔盐杂质含量高，腐蚀性较高的缺陷，提供了一种FLiNaK熔盐及其制备方法、反应器和制备装置。本专利技术的FLiNaK熔盐中氧、硫、氯、硅、镍、铁、钙、钡、镁、铝、铅、铜、铬等元素含量均低于0.01％，各项杂质含量总和不超过0.1％，该纯度的FLiNaK熔盐对哈氏N合金、GH3535以及SUS316Ti合金具有良好的材料相容性。本专利技术的专利技术人在研发过程中发现，FLiNaK熔盐中的水、氧、硫、氯、铁、镍等离子对腐蚀贡献非常大，特别是水、氧、硫三者含量对腐蚀影响巨大，然而现有技术中缺乏对FLiNaK熔盐中水、氧两种关键杂质含量的报道，更缺乏FLiNaK熔盐相关杂质与腐蚀特性间关系的报道。专利技术人通过大量的实验发现，制备过程中原材料的选择、工艺参数的设定对FLiNaK熔盐的纯度和腐蚀特性均有很大影响，并且惊奇地发现当FLiNaK熔盐中的水氧等关键杂质含量在100ppm以下时，FLiNaK熔盐对哈氏N合金、GH3535、SUS316Ti合金等材料的腐蚀性非常低。然而，采用现有的熔盐包括专利文献CN103219052A采用氟化氢铵法制备得到的FLiNaK熔盐均无法得到氧含量低于100ppm的FLiNaK产品。最终本专利技术通过以下技术方案解决上述技术问题。本专利技术提供了一种FLiNaK熔盐，所述FLiNaK熔盐中杂质氧、硫、氯、硅、镍、铁、钙、铝、钡、铬、钴、镉、锰、镁、铜、磷、铅、锌、钒、钛、钼、钨、锆、锶、锡元素的含量均低于0.01％，各杂质元素含量总和不超过0.1％；所述FLiNaK熔盐中LiF、NaF、KF的质量比为29.3:11.7:59.0，任一组分误差不超过±0.3％。较佳地，所述FLiNaK熔盐的熔点为456～460℃。其中，所述FLiNaK熔盐中氧元素的含量采用中国专利文献CN104089917A公开的测试方法测试，该测试方法采用LECORO600型氧分析仪对FLiNaK熔盐中的氧进行分析，具体测试方法如下：在无水氧的惰性气氛手套箱中准确秤取100mg左右的熔盐样品三份，用LECO公司提供的锡囊封装，设定分析功率为2500W，分析结果扣除锡囊空白氧含量数值；测试前采用LECO公司提供的502-257标准钢样对仪器进行校准；测试结果取三次结果平均值。其中，所述FLiNaK熔盐中硫、氯、硅、镍、铁、钙、铝、钡、铬、钴、镉、锰、镁、铜、磷、铅、锌、钒、钛、钼、钨、锆、锶、锡元素的含量按照GB/T30902-2014、GB/T30903-2014及GB/T31197-2014规定的方法进行测试。其中，所述FLiNaK熔盐的熔点按照ASTME1269-11标准方法进行测试，该方法采用NETZSCHDSC404F3高温差示扫描量热仪测定，具体测试方法如下：称取10mg左右的FLiNaK熔盐粉末置于石墨样品池中，盖好样品池盖，再将样品转移至DSC的样品室内，在氩气气氛下以10K/min的升温速率由室温升至550℃，根据温度曲线确定熔盐熔点，重复测试三次，取后两次测试结果平均值。本专利技术还提供了一种上述FLiNaK熔盐的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)混合干燥：将LiF、NaF、KF氟盐混合后，于惰性气氛下干燥，得到混合氟盐；(2)升温熔融：在惰性气氛中，升温熔融所述混合氟盐，得到混合氟盐熔体；(3)氢气处理：在500～600℃下，将氢气鼓入混合氟盐熔体中，鼓泡处理8h以上；(4)氟化氢-氢气处理：在500～550℃下，将体积比为1:(4～9)的氟化氢气体和氢气的混合气(HF-H2)鼓入混合氟盐熔体中，鼓泡处理36h以上；(5)氢气再处理：在500～600℃下，将氢气鼓入混合氟盐熔体中，鼓泡处理8h以上，即得；其中，所述LiF、NaF、KF氟盐的纯度均在99％以上；所述氢气的纯度在99.999％以上；所述氟化氢气体的纯度在99.5％以上；所述惰性气氛使用的气体纯度在99.99％以上。步骤(1)中，本领域技术人员根据本专利技术描述及公知常识均知晓LiF、NaF、KF氟盐按质量比29.3:11.7:59.0进行混合，其中，所述混合的质量比可在实验操作的合理误差范围内，例如±0.3％，只要最终能够形成三元共晶的熔盐体系即可。步骤(1)中，所述干燥的温度可按照本领域常规选择，只要能够达到干燥脱水的目的即可，但干燥温度偏高有可能会导致氟盐水解腐蚀加剧，因此，优选的干燥的温度为300～350℃。所述干燥的处理时间可为本领域常规处理时间，较佳地为4～8小时。步骤(1)中，所述惰性气氛可为本领域常规使用的惰性气氛，一般为氩气和/或氮气气氛。所述惰性气氛的气体较佳地保持流动状态，以便吹扫带出LiF、NaF、KF氟盐中的水分。步骤(2)中，所述升温的温度可按照本领域常规选择，只要能够使所述混合氟盐完全熔融即可。较佳地，所述升温为升温至480～550℃。步骤(2)中，所述熔融的处理时间可为本领域常规处理时间，较佳地为4～8小时。步骤(2)中，为使所述混合氟盐充分熔融，可采用流动的惰性气氛的气体吹扫混合氟盐，并在混合氟盐熔融后鼓入惰性气氛的气体，利用气泡对熔盐进行搅拌，使之充分熔融并进一步脱除水分，其中，惰性气氛的气体鼓入流量可为本领域常规流量，例如500mL/min。步骤(2)中，所述惰性气氛可为本领域常规使用的惰性气氛，一般为氩气和/或氮气气氛。步骤(3)中，所述氢气可按照本领域常规流量鼓入，一般以400～600mL/min的流量鼓入，例如500mL/min。步骤(3)中，所述鼓泡处理的时间较佳地为8～12h。步骤(4)中，所述氟化氢气体的纯度在99.5％以上，一般可选用电子纯的氟化氢气体。步骤(4)中，氟化氢气体和氢气的混合气的体积比本领域技术人员知晓可通过控制两者的流量来实现，例如对于体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种FLiNaK熔盐，其特征在于，所述FLiNaK熔盐中杂质氧、硫、氯、硅、镍、铁、钙、铝、钡、铬、钴、镉、锰、镁、铜、磷、铅、锌、钒、钛、钼、钨、锆、锶、锡元素的含量均低于0.01％，各杂质元素含量总和不超过0.1％；所述FLiNaK熔盐中LiF、NaF、KF的质量比为29.3:11.7:59.0，任一组分误差不超过±0.3％。

【技术特征摘要】
1.一种FLiNaK熔盐，其特征在于，所述FLiNaK熔盐中杂质氧、硫、氯、硅、镍、铁、钙、铝、钡、铬、钴、镉、锰、镁、铜、磷、铅、锌、钒、钛、钼、钨、锆、锶、锡元素的含量均低于0.01％，各杂质元素含量总和不超过0.1％；所述FLiNaK熔盐中LiF、NaF、KF的质量比为29.3:11.7:59.0，任一组分误差不超过±0.3％。2.如权利要求1所述的FLiNaK熔盐，其特征在于，所述FLiNaK熔盐的熔点为456～460℃。3.一种如权利要求1或2所述FLiNaK熔盐的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)混合干燥：将LiF、NaF、KF氟盐混合后，于惰性气氛下干燥，得到混合氟盐；(2)升温熔融：在惰性气氛中，升温熔融所述混合氟盐，得到混合氟盐熔体；(3)氢气处理：在500～600℃下，将氢气鼓入混合氟盐熔体中，鼓泡处理8h以上；(4)氟化氢-氢气处理：在500～550℃下，将体积比为1:(4～9)的氟化氢气体和氢气的混合气鼓入混合氟盐熔体中，鼓泡处理36h以上；(5)氢气再处理：在500～600℃下，将氢气鼓入混合氟盐熔体中，鼓泡处理8h以上，即得；其中，所述LiF、NaF、KF氟盐的纯度均在99％以上；所述氢气的纯度在99.999％以上；所述氟化氢气体的纯度在99.5％以上；所述惰性气氛使用的气体纯度在99.99％以上。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述干燥的温度为300～350℃；和/或，步骤(1)中，所述干燥的处理时间为4～8小时；和/或，步骤(1)中，所述惰性气氛为氩气和/或氮气气氛；和/或，步骤(1)中，所述惰性气氛的气体...

【专利技术属性】
技术研发人员：左勇，汪洋，汤睿，赵素芳，苏兴治，侯娟，谢雷东，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31