Reaction of zirconium with alkali halide melts

Abstract

The theoretical model was developed for the description of the reactions of a polyvalent metal with melts containing its compounds, which account for the formation of each species in intermediate oxidation states. This theory was applied to the analysis of literature data on the equilibrium potentials of zirconium electrode in chloride and bromide melts (systems: Zr–KCl; Zr–LiCl-KCl; Zr–KBr; Zr–NaBr-KBr), and also on the vapor pressure of alkali metal upon the fluoride melt (Zr–CsF). The intermediate species were established to form in each chloride and bromide melt. Interaction with evolution of free alkali metal occurs in the fluoride melt, zirconium metal being oxidized to +4 oxidation state. Thermodynamic values for the corresponding reactions were calculated.

Розроблено методи, теоретичного опису взаємодії полівалентного металу з розплавами, які містять сполуки цього металу, що враховують можливість утворення всіх сполук проміжного ступеня окислення та взаємодії з катіонами лужного металу. Ці методи використано для аналізу відомих літературних даних по рівноважним потенціалам цирконієвого електроду в хлоридних та бромідних розплавах (системи: Zr–KCl; Zr–LiCl-KCl; Zr–KBr; Zr–NaBr-KBr), а також по тиску насичегої пари лужного металу над фторидним розплавом (Zr–CsF). Встановлено, що в усіх хлоридних та бромідних системах утворюються сполуки в проміжному степеню окислення. У фторидній системі відбувається взаємодія з виділенням лужного метлу та сполук цирконію у ступеню окислення +4. Розраховано термодинамічні характеристики відповідних реакцій.

Разработаны методы теоретического описания взаимодействия поливалентного металла с расплавами, содержащими соединения этого металла, учитывающие возможное образование всех соединений в промежуточных степенях окисления и взаимодействие с катионами щелочного металла. Эти методы использованы для анализа имеющихся в литературе данных по равновесным потенциалам циркониевого электрода в хлоридных и бромидных расплавах (системы: Zr–KCl; Zr–LiCl-KCl; Zr–KBr; Zr–NaBr-KBr), а также по давлению насыщенных паров щелочного металла над фторидным расплавом (Zr–CsF). Установлено, что во всех хлоридных и бромидных системах образуются соединения в промежуточных степенях окисления. Во фторидной системе протекает взаимодействие с выделением свободного щелочного металла и образованием соединений циркония в степени окисления +4. Вычислены термодинамические характеристики соответствующих реакций.