Separation of HfCl₄ From ZrCl₄ by Reaction with Solid and Liquid Alkali Chlorides Under Non-equilibrium Conditions

Abstract

The separation of hafnium tetrachloride (HfCl4) from zirconium tetrachloride (ZrCl₄) by preferential reaction of the hafnium tetrachloride vapours with either solid or molten alkali chlorides was investigated in a flowing system. Thermodynamic models for the separation processes for both the solid and the liquid alkali chloride reagents are discussed. Experiments were performed under non-equilibrium conditions by passing the Zr(Hf)Cl₄ vapours, in an inert carrier gas, over both the solid and the liquid alkali chlorides. The effects of gas flow rate, reaction temperature, ratio of Zr(Hf)Cl₄ to alkali chloride, type of alkali chloride and, in the case of solids, the particle size of the alkali chloride were studied. The separation efficiency increased with decreasing argon flow rate, decreasing ratio of Zr(Hf)Cl₄ to alkali chloride, decreasing particle size and increasing temperature. In the case of the liquid salt reactor, the separation efficiency was higher than for the solid system for the same recovery of the Zr(Hf)Cl₄ vapours. ©1997 Published by Elsevier Science Ltd

Résumé

On a étudié, dans un système circulant, la séparation du tétrachlorure de hafnium (HfCl₄) et du tétrachlorure de zirconium (ZrCl₄) par réaction préférentielle des vapeurs de tétrachlorure de hafnium avec soit des chlorures alcalins solides ou fondus. On discute des modèles thermodynamiques des procédés de séparation tant pour les réactifs liquides. On a conduit des expériences sous des conditions de non-équilibre en passant des vapeurs de Zr(Hf)Cl₄, dans un gaz porteur inerte, au-dessus de chlorures alcalins solides et liquides. On a étudié les effets du taux de circulation du gaz, de la température de réaction, de la proportion de Zr(Hf)Cl₄ par rapport à celle de chlorure alcalin, du type de chlorure alcalin et, dans le cas des solides, de la taille des particules de chlorure a1calin. L'efficacite de la séparation augmentait avec la diminution du taux de circulation de l'argon, avec la diminution de la proportion de Zr(Hf)Cl₄ par rapport au chlorure alcalin, avec la diminution de la taille des particules et avec l'augmentation de la température. Dans le cas du réacteur de selliquide, l'efficacité de la séparation était plus élevée que pour la même récupération de vapeurs de Zr(Hf)Cl₄.