一种高纯度的氟锂铍熔盐及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种制备氟锂铍熔盐的方法，所述方法包括以下步骤：(i)提供一氟化锂（LiF）-氟铍酸铵（(NH4)2BeF4）混合物；(ii)加热熔融所述氟化锂-氟铍酸铵混合物，从而形成高纯度氟化盐混合物熔体；和(iii)冷却所述的高纯度氟化盐混合物熔体，从而获得氟锂铍熔盐。本发明专利技术采用一步法制得氟锂铍熔盐，无需额外添加氟化剂除杂，且操作简单、方便、安全，制备时间短，有利于大批量工业生产。

【技术实现步骤摘要】
一种高纯度的氟锂铍熔盐及其制备方法
本专利技术属于核能工业技术和化工
，具体地涉及一种高纯度的氟锂铍熔盐及其制备方法。
技术介绍
熔盐核反应堆（MoltenSaltReactor,MSR）是采用溶有易裂变材料且处于熔融状态下的熔盐作为核燃料的反应堆，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。熔盐核反应堆因其具有的极高的中子经济性、大功率密度、固有负载可控、负温度系数大、高转化比、高可靠性、燃料组合耗费低、可增殖性等诸多优点，在2002年日本东京召开的第四代核反应堆国际研讨会上，被确定为优先发展的第四代核反应堆设计方案之一。FLiBe熔盐是目前常见的一类核反应堆采用的熔盐。FLiBe熔盐是以氟化锂和氟化铍以摩尔比2:1组成的低共融氟盐，其具有优良的物理和化学特性，特别是极低的中子吸收和活化特性，被誉为“中子透明”氟盐，因此而成为核反应堆一回路冷却剂的首选熔盐种类。应用于熔盐核反应堆中作为溶剂和冷却剂的熔盐，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FLiBe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。传统氟锂铍熔盐制备技术中，通常熔盐除氧的主要方法是通过高纯无水氟化氢（或者氟化氢铵）与金属氧化物、氢氧化物及碳酸盐进行反应。但是此类方法的制备周期长，并且原料的高纯度要求使制备成本很高，制备步骤和仪器操作均有一定的复杂性。因此，在工业化制备高纯度FLiBe熔盐的生产领域中，寻找开发出一种经济可行的制备方法一直是研究的热点所在。综上所述，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FLiBe熔盐，以缩短制备处理时间，并能有效地制备较高纯度FLiBe熔盐的方法。
技术实现思路
本专利技术的第一方面，提供了一种制备氟锂铍熔盐的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(i)提供一氟化锂（LiF）-氟铍酸铵（(NH4)2BeF4）混合物；(ii)加热熔融所述氟化锂-氟铍酸铵混合物，从而形成高纯度氟化盐混合物熔体；和(iii)冷却所述的高纯度氟化盐混合物熔体，从而获得氟锂铍熔盐。在另一优选例中，其中所述的氟铍酸铵的纯度≥99.9wt%在另一优选例中，所述的氟化锂的纯度≥99.99wt%。在另一优选例中，步骤(i)包括：提供一纯度≥99.99wt%的氟化锂，以及向所述的氟化锂中加入纯度≥99.9wt%的氟铍酸铵，从而获得氟化锂-氟铍酸铵混合物；和/或提供以一定摩尔百分比配制的氟化锂与氟铍酸铵的混合物，其中所述的氟化锂纯度≥99.99wt%，所述的氟铍酸铵纯度≥99.9wt%。在另一优选例中，步骤(ii)中所述的氟铍酸铵（(NH4)2BeF4）受热分解为氟化铍（BeF2）、氨气（NH3）与氟化氢（HF）；氟化盐中的杂质氧化物与分解所产生的氟化氢反应生成水，高温下以水蒸汽形式排出。在另一优选例中，步骤(i)中所述的氟化锂与氟铍酸铵的摩尔百分比为LiF：(NH4)2BeF4=60-70：30-40mol％。在另一优选例中，所述的氟化锂与氟铍酸铵的摩尔百分比为LiF：(NH4)2BeF4=66.7±1：33.3±1mol％。在另一优选例中，所述的氟化锂与氟铍酸铵的摩尔百分比为LiF：(NH4)2BeF4=66.7：33.3mol％。在另一优选例中，所述的氟化锂与氟铍酸铵是经真空干燥的。在另一优选例中，所述的氟化锂进行真空干燥的温度为300-400℃。在另一优选例中，所述的氟铍酸铵进行真空干燥的温度为120℃。在另一优选例中，所述的真空干燥时间为2-6小时，较佳地，为4小时。在另一优选例中，步骤(i)中所述的氟铍酸铵是通过以下方法制备：(a)将氟铍酸铵原料溶于水，从而获得氟铍酸铵水溶液；(b)将所述的氟铍酸铵水溶液冷却，从而析出氟铍酸铵晶体；(c)使用水和无水乙醇对所述的氟铍酸铵晶体进行洗涤，从而获得经洗涤的氟铍酸铵晶体；(d)对经洗涤的氟铍酸铵晶体进行干燥。在另一优选例中，步骤(a)中所述的氟铍酸铵原料的纯度为99±0.5%。在另一优选例中，步骤(a)还包括加热的步骤。在另一优选例中，步骤(a)加热至80℃。在另一优选例中，步骤(a)或(c)中所述的水包括去离子水。在另一优选例中，步骤(c)中所述洗涤的次数为2-10次。在另一优选例中，步骤(d)中所述的干燥为真空干燥，所述干燥的温度为100℃-150℃，优选的，为120±5℃。在另一优选例中，步骤(ii)中，所述加热熔融在密闭容器中进行。在另一优选例中，所述的密闭容器经过提前抽真空除水处理。在另一优选例中，所述的密闭容器为真空感应熔炼炉。在另一优选例中，所述的抽真空压力至≤10Pa。在另一优选例中，所述的步骤(ii)中，加热熔融是在惰气保护条件下进行。在另一优选例中，所述的惰性气体包括氮气、氦气、氩气。在另一优选例中，步骤(ii)中，所述的加热熔融的温度为加热至500-750℃；和/或加热熔融的过程时间为4-8小时。在另一优选例中，加热熔融的温度为加热至650℃；和/或加热熔融过程的时间为4.5小时。在另一优选例中，步骤(ii)中，加热熔融的加热方式是梯度加温或非梯度加温方式。在另一优选例中，所述的梯度加温包括步骤：(7a)将所述氟化氢铵-氟化盐混合物升温至第一温度区间T1，所需的升温时间为P1，从而获得T1温度下的混合物，其中，所述第一温度区间T1为室温至100-200℃，P1为0.5-1小时；(7b)将所述T1温度下的混合物升温至第二温度区间T2，所需的升温时间为P2，从而获得T2温度下的混合物，其中，所述第二温度区间T2为200-300℃，P2为0.5-1小时；(7c)将所述T2温度下的混合物升温至第三温度区间T3，所需的升温时间为P3，从而获得T3温度下的混合物，其中，所述第三温度区间T3为300-400℃，P3为0.5-1小时；(7d)将所述T3温度下的混合物升温至第四温度区间T4，所需的升温时间为P4，从而获得T4温度下的混合物，其中，所述的第四温度区间T4为400-500℃，P4为0.5-1小时。(7e)将所述T4温度下的混合物保持温度在温度区间T5，所需的升温时间为P5，从而获得T5温度下的混合物，其中，所述的第五温度区间T5为500-650℃，P5为0.5-1小时。(7f)将所述T5温度下的混合物保持温度在温度区间T6，所需的保持温度时间为P6，其中，所述的第六温度区间T6为650℃-700℃，P6为2-3小时。在另一优选例中，步骤(iii)中，所述的冷却为冷却本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备氟锂铍熔盐的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(i)提供一氟化锂（LiF）?氟铍酸铵（(NH4)2BeF4）混合物；(ii)加热熔融所述氟化锂?氟铍酸铵混合物，从而形成高纯度氟化盐混合物熔体；和(iii)冷却所述的高纯度氟化盐混合物熔体，从而获得氟锂铍熔盐。

【技术特征摘要】
1.一种制备氟锂铍熔盐的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(i)提供一氟化锂(LiF)-氟铍酸铵((NH4)2BeF4)混合物；(ii)加热熔融所述氟化锂-氟铍酸铵混合物，从而形成高纯度氟化盐混合物熔体；和(iii)冷却所述的高纯度氟化盐混合物熔体，从而获得氟锂铍熔盐；且所述氟锂铍熔盐为氟化锂-氟化铍二元共晶体系；且步骤(i)中所述的氟化锂与氟铍酸铵的摩尔百分比为LiF：(NH4)2BeF4＝60-70：30-40mol％；并且，所得氟锂铍熔盐具有以下一种或多种特征：(8a)所述熔盐中的氧含量小于500ppm(partpermillion，ppm)；(8b)所述熔盐的酸根离子含量小于80ppm；(8c)所述熔盐的杂质金属离子含量小于5ppm。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的氟化锂与氟铍酸铵的摩尔百分比为LiF：(NH4)2BeF4＝66.7±1：33.3±1mol％。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(i)中所述的氟铍酸铵是通过以下方法制备：(a)将氟铍酸铵原料溶于水，从而获得氟铍酸铵水溶液；(b)将所述的氟铍酸铵水溶液冷却，从而析出氟铍酸铵晶体；(c)使用水和无水乙醇对所述的氟铍酸铵晶体进行洗涤，从而获得经洗涤的氟铍酸铵晶体；(d)对经洗涤的氟铍酸铵晶体进行干燥。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(ii)中，所述加热熔融在密闭容器中进行；且所述的步骤(ii)中，加热熔融是在惰气保护条件下进行；且步骤(ii)中，加热熔融的加热方式是梯度加温；且所述的梯度加温包括步骤：(7a)将所述氟化氢铵-氟化盐混合物升温至第一温度区间T1，所需的升温时间为P1，从而获得T1温度下的混合物，其中，所述第一温度区间T1为室温至100-200℃，P1为0.5-1小时；(7b)将所述T1温度下的混合物升温至第二温度区间T2，所需的...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖吉昌，宗国强，孙晓刚，王荣荣，孙加宏，叶新艳，
申请(专利权)人：中国科学院上海有机化学研究所，
类型：发明
国别省市：