Séparation du zirconium et du hafnium
Qu'est-ce que le zirconium ?
Lezirconium, Zr, est un élément dont le numéro atomique est 40 et le poids atomique 91,224. La majeure partie du zirconium est produite par le raffinage du minéral zircon. Le zirconium est utilisé dans l'industrie nucléaire car il présente une faible section de capture des neutrons. Le Zr est consommé sous forme de zircaloy, généralement Zircaloy-2 et Zircaloy-4, pour fabriquer des barres de combustible pour les réacteurs nucléaires.
Le zirconium ayant une très bonne résistance à la corrosion chimique, les formes en zirconium, telles que les tubes et les plaques en zirconium, sont utilisées pour fabriquer des équipements pour l'industrie chimique. Le zirconium est également utilisé comme additif pour l'acier et l'oxyde de zirconium, parfois appelé zircone, est utilisé dans la production de céramiques.
Qu'est-ce que le hafnium ?
Lehafnium, qui est l'élément qui partage le même groupe que le zirconium, a une densité plus élevée et une section transversale de capture des neutrons beaucoup plus grande. La teneur en impuretés Hf doit être très faible dans les produits en zircaloy s'ils sont utilisés dans l'industrie nucléaire.
Qu'est-ce que le zircon ?
Le zircon, une ressource majeure de Zr pur, contient généralement un peu de Hf et la séparation du Zr et du Hf est extrêmement difficile. Comme ces deux éléments appartiennent au même groupe, ils ont des propriétés chimiques similaires.
En général, une méthode d'extraction liquide est appliquée pour la séparation du zirconium et du hafnium et plusieurs systèmes ont été mis au point. La distillation de sels fondus est également développée pour le processus de séparation. Cependant, tous ces procédés sont coûteux par rapport aux procédés courants de purification des métaux. En outre, le processus d'extraction liquide utilise une grande quantité d'eau et produit beaucoup de déchets.
En général, il n'est pas nécessaire d'éliminer tout le hafnium du zirconium, à moins qu'il ne soit destiné à l'industrie nucléaire. Les produits à faible teneur en hafnium pourraient donc être difficiles à trouver sur le marché normal. Bien que le processus de réduction du zirconium à partir de sa lamelle par le magnésium soit généralement moins coûteux, le zirconium pur de haute qualité est toujours produit sous la forme de barres de cristaux de Zr. Le prix du marché des matériaux de zirconium à faible teneur en hafnium peut être supérieur de 50 à 100 % à celui du zirconium à haute teneur en Hf.
Comment séparer le hafnium et le zirconium ?
L'extraction et la purification du zirconium à partir du hafnium impliquent trois méthodes principales, chacune adaptée pour obtenir le zirconium de haute pureté requis pour des industries spécifiques. Tout d'abord, la séparation par pyrolyse utilise la différence de pression de vapeur entre le zirconium et le chlorure d'hafnium à des températures ou des pressions élevées. Cette méthode offre un processus de production rationalisé, caractérisé par une grande efficacité et un impact minimal sur l'environnement. Elle remplace plusieurs étapes de production, ce qui en fait une approche prometteuse pour la séparation du zirconium et du hafnium.
Une autre technique efficace est l'extraction par solvant, qui fait appel au cuir de solvant et à divers extractants tels que les cétones, les phosphores et les amines. Cette méthode se distingue par son évolutivité, sa simplicité et son fonctionnement continu. Elle est reconnue comme un moyen important de séparer le zirconium et l'hafnium en raison de sa capacité de production à grande échelle, garantissant l'obtention des niveaux de pureté nécessaires exigés par diverses industries.
La séparation par échange d'ions, bien que moins couramment utilisée, consiste à séparer le zirconium et le hafnium par échange d'ions. Elle a connu une application limitée, principalement dans des volumes de production plus faibles. Par exemple, elle a été utilisée dans l'ex-Union soviétique pour séparer le hafnium des matériaux riches en hafnium obtenus par la méthode de recristallisation du zirconium et du hafnium. Cet oxyde de hafnium purifié a servi de précurseur pour la production d'éponges de hafnium à l'échelle atomique. Ces méthodes distinctes offrent des solutions ciblées pour répondre aux exigences de pureté rigoureuses nécessaires aux applications du zirconium dans diverses industries. Pour plus d'informations, visitez le site https://www.samaterials.fr/.
Conclusion
Stanford Advanced Materials propose des barres cristallines de zirconium de haute pureté comme source de Zr. Des produits à faible teneur en Hafnium et à haute teneur en Hafnium sont disponibles. La teneur en Hf de nos barres cristallines peut être inférieure à 250 ppm.
