Influence of electrolyte on the zirconium electrolysis process for nuclear power engineering

Abstract

The work presents the results of a study of the cathode and anode processes of zirconium electrolysis from molten electrolytes K₂ZrF₆–KCl–KF–KI and ZrF₄–KCl–KF. It is shown that the introduction of iodine compounds into the electrolyte prevents the discharge of potassium chloride, reduces the release of chlorine on the anode, the consumption of electricity, reagents and increases the current efficiency and process productivity. The replacement of K₂ZrF₆ obtained by fractional crystallization on ZrF₄ salt with a hafnium content of less than 0.01% obtained after the extraction process reduces the consumption of Zr salt, eliminates the accumulation of KF in the electrolyte, reduces the consumption of hydrofluoric acid and potassium carbonate, and increases the concentration of zirconium in the electrolyte, increases current efficiency and improves powder quality to ASTM hafnium requirements.

Викладенo результати дослідження катодних і анодних процесів електролізу цирконію з розплавлених електролітів K₂ZrF₆–KCl–KF–KI і ZrF₄–KCl–KF. Показано, що введення сполук йоду в електроліт перешкоджає розряду хлористого калію, скорочує виділення на аноді хлору, витрату електроенергії і реагентів, збільшує вихід по струму і продуктивність процесу. Заміна K₂ZrF₆ отриманого методом дробової кристалізації, на сіль ZrF₄, з вмістом гафнію менше 0,01%, яка отримана після процесу екстракції, знижує витрату солі Zr, виключає накопичення KF в електроліті, скорочує витрату плавикової кислоти і вуглекислого калію, підвищує концентрацію цирконію в електроліті, збільшує вихід по струму і покращує якість порошку до вимоги стандартів ASTM по гафнію.

Изложены результаты исследования катодных и анодных процессов электролиза циркония из расплавленных электролитов K₂ZrF₆–KCl–KF–KI и ZrF₄–KCl–KF. Показано, что ввод соединений йода в электролит препятствует разряду хлористого калия; сокращает выделение на аноде хлора, расход электроэнергии и реагентов; увеличивает выход по току и производительность процесса. Замена K₂ZrF₆, полученного методом дробной кристаллизации, на соль ZrF₄ с содержанием гафния менее 0,01%, которая получена после процесса экстракции, снижает расход соли Zr, исключает накопление KF в электролите, сокращает расход плавиковой кислоты и углекислого калия, повышает концентрацию циркония в электролите, увеличивает выход по току и улучшает качество порошка до требований стандарта ASTM по гафнию.