지르코늄과 하프늄의 분리
지르코늄이란 무엇인가요?
지르코늄(Zr)은 원자 번호 40, 원자량 91.224의 원소입니다. 대부분의 지르코늄은 광물 지르콘을 정제하여 생산됩니다. 지르코늄은 중성자 포획 단면적이 낮기 때문에 원자력 산업에서 사용됩니다. 지르코늄은 일반적으로 지르칼로이-2와 지르칼로이-4의 형태로 소비되어 원자로용 연료봉을 만듭니다.
지르코늄은 화학적 내식성이 매우 우수하기 때문에 지르코늄 튜브 및 플레이트와 같은 지르코늄 형상은 화학 산업용 장비를 만드는 데 사용됩니다. 지르코늄은 강철의 첨가제로도 사용되며 지르코니아라고도 알려진 산화지르코늄은 세라믹 생산에 사용됩니다.
하프늄이란 무엇인가요?
하프늄은 Zr과 같은 그룹을 공유하는 원소로 밀도가 높고 중성자 포집 단면적이 훨씬 더 큽니다. 지르칼로이 제품을 원자력 산업에 적용하려면 불순물인 Hf의 함량이 매우 낮아야 합니다.
지르콘이란?
순수 지르코늄의 주요 자원인 지르콘은 일반적으로 약간의 Hf를 함유하고 있으며 지르코늄과 Hf의 분리는 매우 어렵습니다. 이 두 원소는 같은 그룹에 속하기 때문에 화학적 성질이 비슷합니다.
일반적으로 지르코늄과 하프늄의 분리를 위해 액체 추출 방법이 적용되며 여러 시스템이 개발되었습니다. 용융염 증류법도 분리 공정을 위해 개발되었습니다. 그러나 위의 모든 공정은 일반적인 금속 정제 공정에 비해 비용이 많이 듭니다. 게다가 액체 추출 공정은 많은 양의 물을 사용하고 많은 폐기물을 발생시킵니다.
일반적으로 지르코늄에서 하프늄을 모두 제거할 필요는 없지만, 원자력 산업에 사용되는 경우가 아니라면 하프늄을 모두 제거할 필요는 없습니다. 따라서 하프늄 함량이 낮은 제품은 일반 시장에서 조달하기 어려울 수 있습니다. 지르코늄을 마그네슘으로 환원하는 공정이 일반적으로 더 저렴하지만, 고품질의 순수 지르코늄은 여전히 Zr 크리스탈 바 형태로 생산됩니다. 저하프늄 지르코늄 소재의 시장 가격은 고하프늄 지르코늄에 비해 50~100% 더 비쌀 수 있습니다.
하프늄과 지르코늄은 어떻게 분리하나요?
하프늄에서 지르코늄을 추출하고 정제하는 데는 특정 산업에 필요한 고순도 지르코늄을 얻기 위해 각각 맞춤화된 세 가지 주요 방법이 사용됩니다. 첫째, 열분해 분리는 고온 또는 고압에서 지르코늄과 염화하프늄 사이의 증기압 차이를 이용하는 방법입니다. 이 방법은 생산 공정이 간소화되어 효율성이 높고 환경에 미치는 영향이 최소화됩니다. 여러 생산 단계를 대체할 수 있어 지르코늄-하프늄 분리에서 유망한 접근 방식입니다.
또 다른 효과적인 기술은 용매 추출로, 용매 가죽과 케톤, 인 함유 및 아민 추출제와 같은 다양한 추출제를 사용합니다. 이 방법은 확장성, 단순성 및 연속 작동이 특징입니다. 지르코늄과 하프늄을 분리하는 중요한 수단으로 인정받고 있으며, 대규모 생산이 가능하여 다양한 산업에서 요구하는 순도 수준을 달성할 수 있습니다.
이온 교환 분리는 덜 일반적으로 사용되지만 이온 교환을 통해 지르코늄과 하프늄을 분리하는 방식입니다. 이 방법은 주로 소량의 생산량에서 제한적으로 적용되었습니다. 예를 들어, 구소련에서는 지르코늄-하프늄 재결정화 방법을 통해 얻은 하프늄이 풍부한 물질에서 하프늄을 추가로 분리하는 데 이 방법을 사용했습니다. 이렇게 정제된 하프늄 산화물은 원자 수준의 스펀지 하프늄 생산의 전구체 역할을 했습니다. 이러한 차별화된 방법은 다양한 산업 분야의 지르코늄 응용 분야에 필요한 엄격한 순도 요건을 달성하기 위한 맞춤형 솔루션을 제공합니다. 자세한 내용은 https://www.samaterials.com/ 에서 확인하세요 .
결론
스탠포드 어드밴스드 머티리얼즈는 지르코늄의 고순도 크리스탈 바를 Zr 공급원으로 제공합니다. 저하프늄 및 고하프늄 제품을 모두 사용할 수 있습니다. 당사 크리스탈 바의 Hf 함량은 250ppm보다 낮을 수 있습니다.
