Затраты и стоимость циркониевого производства

Цирконий имеет очень малое сечение радиационного захвата тепловых нейтронов – 0,19 б (для природной смеси изотопов), т.е. считается «прозрачным» для тепловых нейтронов. Первый реактор из циркония был установлен на американской подводной лодке «Наутилус». Из циркония также были выполнены абсолютно все стационарные детали активной зоны реактора. Позднее американские ученые выяснили, что из циркония целесообразно делать оболочки топливных элементов, а не стационарные детали активной зоны реактора.

В настоящее время ядерная энергетика потребляет ~ 90 % металлического циркония. Трубы и трубки из сплавов циркония - это основной конструкционный элемент любого ядерного реактора.

Распределение запасов циркония по странам в 2000 г.

Запасы на месторождениях циркония в 2012 г.  

Страна	тыс.т
Австралия
ЮАР
Индия
Мзамбик
Китай
Прочие страны
Всего

Особенностью циркониевых минералов является присутствие в них до 3 % Hf. Гафний имеет большое сечение захвата тепловых нейтронов – 105 б для природной смеси изотопов (более чем в 500 раз больше, чем у циркония). Поэтому совместное присутствие циркония и гафния делает материал абсолютно не пригодным для атомной энергетики, и очистка циркония от примеси гафния является одной из главных проблем в ядерной энергетике. Для применения в ядерных реакторах необходимо, чтобы содержание Hf не превышало 0,01 %. Операции разделения циркония и гафния значительно удорожают цирконий.

Для разделения применяется многоступенчатая очистка. Производство ядерно-чистого циркония включает более 25 технологических этапов. Технологиями полного металлургического цикла переработки от циркониевого концентрата до готовых изделий долгое время владели лишь четыре компании в мире. Это французская AREVA NP, выпускающая более 2000 т/г. циркониевой губки, за ней идет наше ОАО ТВЭЛ с объемом производства 1000 т/г., и около 1800 т/г. производят две американские компании — Teledyne Wah Chang и Westinghouse (ядерный бизнес которой принадлежит теперь японской Toshiba). Недавно к этой четверке присоединилась индийская NFC, которая уже производит около 250 т/г. этого металла.Основными экспортерами металлического циркония на сегодняшний день являются: CEZUS (Франция), Teledyne Wah Chang (США), Westinghouse (США) и АО «ТВЭЛ» (Россия).

Сплавы циркония	Sn, %	Nb, %	Фирма (страна)	применение	Тип реактора
Zircaloy 2	1,2-1,7	-	Все	Оболочки, структурные компоненты	BWR, CANDU
Zircaloy 4	1,2-1,7	-	Все	BWR, PWR, CANDU
ZIRLO	0,7-1		Westinghouse	Оболочки	PWR
Zr Sponge	-	-	Япония, Россия	BWR
ZrSn	0,25	-	Westinghouse	BWR
Zr2.5Nb	-	2,4-2,8	-	Трубки под давлением	CANDU
Э110	-	0,9-1,1	Россия	Оболочки	РБМК ВВЭР
Э125	-	2,5	Россия	Трубки под давлением
Э635	0,8-1,3	0,8-1	Россия	структурные компоненты
M5	-	0,8-1,2	Areva	Оболочки, структурные компоненты	PWR

В России коррозионно стойкие трубы и трубки изготавливаются из сплавов циркония ядерной чистоты с содержанием 1‑2,5 % ниобия, и поставляются после отжига в вакууме и травления их наружной и внутренней поверхностей.

Исторически сложилось так, что базой отечественного реакторостроения стала система Zr‑Nb (сплавы Э110, Э125), в то время как за рубежом получили распространение сплавы, основанные на легировании циркония оловом — циркалои (Zircaloy-2 и Zircaloy-4). Дело в том, что отечественная циркониевая промышленность начинала развиваться на хорошо очищенном от примесей йодидном цирконии, который сам по себе обладает высокой коррозионной стойкостью и поэтому не требует сложного легирования, а западная — базировалась на более загрязненном и поэтому менее коррозионно-стойком губчатом цирконии.

Дата добавления: 2014-11-16