SOM電解法對氟鹽冷卻劑進行在線凈化的研究

左 勇 申 淼 謝雷東 謝宏偉 翟玉春

1（中國科學院上海應用物理研究所 上海 201800）

2（中國科學院潔凈能源創新院 大連 116023）

3（東北大學 沈陽 110819）

以氟鹽作為冷卻劑的熔鹽堆具有常壓下輸出高溫的本征安全特性，也是最適合利用釷資源的堆型［1-2］，在可持續發展、安全性、經濟性、防核擴散方面具有卓越的表現，是國際公認的第四代核反應堆［3］。純凈的氟鹽性質穩定，可與核石墨、鎳基高溫合金保持良好的材料相容性［4-5］。但由于氟鹽大多具有易吸潮的特性，通過工業氟鹽原料（如LiF、NaF、KF、BeF2、ZrF4等）制備氟鹽冷卻劑時，水及水解產物會大大增強氟化物熔鹽的腐蝕性［6］，且熔鹽中的O2-可導致溶解狀態的UF4核燃料形成難溶UO2氧化物［7］，進而可能導致反應堆局部反應性過高造成核安全風險。因此，氟鹽冷卻劑制備過程需要進行除水脫氧處理。宗國強等采用氟化氫銨法［8］將FLiNaK（LiF-NaF-KF，46.5-11.5-42.0，mol%）中氧含量從未凈化前的 2 000 μg·g-1以上降低至 200 μg·g-1左右，該方法的特點是成本低廉、產量大。而通過HF-H2處理技術制備的FLiNaK 鹽中氧含量可降低至 100 μg·g-1以下［9］，該方法的主要不足是流程較長，成本較高。

雖然經過凈化的氟鹽冷卻劑中氧及雜質離子水平可達到很低水平［9］，但進堆服役后，與熔鹽接觸的反應堆構件（如石墨、合金）表面微量氧化物雜質以及吸附的水和氧氣溶解進入熔鹽，可造成熔鹽O2-及其他金屬離子雜質超標。此時通過熔鹽制備時的HF-H2凈化方法對熔鹽進行在線凈化非常困難。因此，本文考慮采用一種基于固體氧化膜（Solid Oxide Membrane，SOM）電解的方法對氟鹽冷卻劑中的O2-及雜質金屬離子進行凈化處理。……