一种溶解ZrB2陶瓷材料的方法技术

本发明专利技术提供了一种溶解ZrB2陶瓷材料的方法。该方法将ZrB2陶瓷材料作为阳极，惰性电极或者耐电解液腐蚀电极作为阴极，电解液选用氢氟酸溶液，进行通电电解，ZrB2陶瓷材料在电解过程中失去电子成为离子形态进入电解液，实现了溶解该ZrB2陶瓷材料的目的。该方法简单易行、安全可控，可用于ZrB2陶瓷材料的回收再利用，或者当ZrB2陶瓷材料作为基体包覆材料等时还以用于实现与基体分离的目的，因此具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ZrB2陶瓷材料
，具体涉及一种溶解ZrB2。
技术介绍
硼化锆（ZrB2)是一种超高温陶瓷，具有高熔点、高硬度、较高的电导率和热导率、 良好的抗氧化烧蚀性能等特点，以及元素 kiB具有较高的中子吸收能力，中子俘获截面高， 俘获能谱宽，热截面高达347 X KT24Cm2(仅次于于钆、钐、镉等少数几种元素)，使得其在高温 结构材料、复合材料、耐火材料、核控制材料等诸多领域内得到广泛开发和应用。 然而，我国硼资源比较匮乏，储量仅占世界资源量的11. 7%，可利用及易于加工的 硼镁矿（白硼)仅占国内储量的6. 7%，而kiB仅占其中的19. 78%，所以回收残次及使用后的硼 化锆，从而实现再利用其中高价值的kiB显得尤为重要。 例如，近年来，为了应对能源危机，我国大力发展核电技术，核燃料是其中的重点 元件之一。为了提高核燃料的利用率，往往在核燃料元件表面覆盖ZrB2薄膜，该ZrB2薄膜起 核控制材料的作用，其中的硼元素以kiB形式存在。当核燃料元件进入反应堆后，kiB可以通 过吸收热中子来调节反应堆的反应性，从而达到提高核燃料的利用率、降低核电成本、延长 核燃料元件更换周期的目的。例如，在浙江三门和山东海阳建设的第三代核电机组AP1000 反应堆中所使用的核燃料即为一体化可燃毒物（Integral-Fuel-Burnable-Absorber，简称 IFBA)，IFBA是指在核燃料UO2芯块的表面覆盖一层ZrB2薄膜。因此，为确保该AP1000机 组的持续可靠运行，必须保证kiB源的供给。 目前，回收ZrB2最直接的方法就是将残次及剩余ZrB2块材机械粉碎，再重新成型， 然而利用这种方法得到的ZrB2粉末烧结活性低，难以成型，同时粉碎过程中也耗费大量能 量。另一种方法是将残次及剩余ZrB2块材还原为含Zr和B的原料，然后再成型，其中原料 还原可以采用化学溶解法，即：使用化学试剂将ZrB2溶解，形成Zr、B离子，然后利用萃取法 或者吸附法分离其中的kiB离子。 但是，由于ZrB2具有高化学稳定性，目前还难以找到一种能够溶解ZrB 2的化学试 剂。例如，我们在前期实验中分别采用浓硫酸（~98wt. %)、浓盐酸（~37wt. %)、浓硝酸（~ 65wt. %)、浓氢氟酸（~40wt. %)、王水浸泡，甚至在王水中加热至200°C后微波消解，也均未 能使ZrB2粉末完全溶解。
技术实现思路
本专利技术的技术目的是针对上述技术现状，提供一种快速溶解ZrB2陶瓷材料的新方 法，该方法具有简单易行、安全可控等优点。 为了实现该技术目的，本专利技术人进行了大量实验探索，发现当采用电解技术，将 ZrB2陶瓷材料作为阳极，惰性电极或者耐电解液腐蚀电极作为阴极，电解液选用氢氟酸溶 液，进行通电电解时，ZrB2陶瓷材料在电解过程中失去电子成为离子形态进入电解液，即该 ZrB2陶瓷材料发生了溶解。 为此，本专利技术人提出了一种利用电解技术溶解ZrB2，具体如下： 将ZrB2陶瓷材料作为阳极，惰性电极或者耐电解液腐蚀电极作为阴极，电解液选 用氢氟酸溶液，进行通电电解，ZrB2陶瓷材料在电解过程中发生溶解。 所述的ZrB2陶瓷材料可以是纯相ZrB2，也可以是ZrB2基的复合相陶瓷，其复合相 可以是51(：、11(：、41203、1、嫩乂相中的一种或两种及两种以上的组合。 所述的ZrB2陶瓷材料形式不限，可以是块体材料，也可以是位于其他基体表面的 ZrB2相涂层或者薄膜材料。 所述的阴极可以是钼、石墨或者玻璃碳惰性电极，也可以是耐电解液腐蚀的金属、 合金电极，如镍、钥、不锈钢等。 所述的电解液为氢氟酸溶液，包括但不限于氢氟酸的水溶液，氢氟酸与盐酸、硫 酸、氟盐中的一种或两种及两种以上的混合溶液。当电解液为氢氟酸的水溶液时，氢氟酸质 量百分比浓度优选为1~50%。 所述的电解池能够根据电解液的种类提供电压（电流)，以使阳极ZrB2陶瓷材料溶 解，其具体结构等形式不限。 所述的电解时间由ZrB2陶瓷材料的体积、电流强度和电解效果决定，一般为1~ 10小时。 综上所述，本专利技术提供了一种溶解ZrB2，该方法具有如下优点： (1)简单易行，无需复杂设备，只需要能够提供电压（电流）的电解池，以使阳极 ZrB2陶瓷材料进行溶解； ( 2 )溶解速度快，通过调节电压（电流）大小、电解液浓度等能够在较短的时间内实 现ZrB2陶瓷材料的完全溶解； (3)经济环保，只需要少量电解液就可以完成大量ZrB2陶瓷材料的溶解，极大减少 了化学试剂废液的产生； (4)安全可控，通过调节电压（电流）大小，能够有效控制ZrB2陶瓷材料的溶解过 程； 因此，当ZrB2陶瓷材料作为包壳材料包覆在基体表面形成芯壳结构，或者当ZrB 2陶瓷材料位于基体材料表面形成覆盖层时，均可以利用该方法使ZrB2陶瓷材料与基体进行 分离，从而一方面净化基体，另一方面回收再利用ZrB2陶瓷材料，在复合材料、耐火材料、核 控制材料等诸多领域具有良好的应用前景。【附图说明】 图1是本专利技术快速溶解ZrB2示意图； 图2是本专利技术实施例1-3中的ZrB2块体在电解前的表面扫描电镜照片； 图3是本专利技术实施例1中的ZrB2块体在lwt. %HF-lwt. %HC1溶液中经5小时电解 后的低倍表面扫描电镜照片； 图4是本专利技术实施例1中的ZrB2块体在lwt. %HF-lwt. %HC1溶液中经5小时电解 后的高倍表面扫描电镜照片； 图5是本专利技术实施例2中的ZrB2块体在3wt. %HF-lwt. %HC1溶液中经1小时电解 后的表面扫描电镜照片； 图6是本专利技术实施例3中的ZrB2块体在3wt. %HF-lwt. %HC1溶液中经1小时电解 后的表面扫描电镜照片。【具体实施方式】 下面结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施 例旨在便于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。 图1中的附图标记为：E-电源；A-电流表；V-电压表；R-大电阻；CE-对电极； WE-工作电极；RE-参比电极。 实施例1 :[00当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种溶解ZrB2陶瓷材料的方法，其特征是：将ZrB2陶瓷材料作为阳极，惰性电极或者耐电解液腐蚀电极作为阴极，电解液选用氢氟酸溶液，进行通电电解，ZrB2陶瓷材料在电解过程中发生溶解。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄庆，叶群，邓启煌，周小兵，丁志辉，施迪未，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33