一场针对这两种孪生元素的微观化学分离战,在西北第七特种化工厂的提纯车间内打响。
提纯车间。
这里没有高温的熔炉,而是布满了复杂的玻璃管道、萃取槽和带有刺鼻气味的化学试剂储罐。
高级化学工程师刘峰穿着全封闭的防酸橡胶服,戴着防毒面罩,站在一组长达十几米的多级逆流萃取塔前。
既然化学沉淀无法分离,他们选择了利用微小的溶解度差异,进行液液萃取。
“将粗制四氯化锆铪混合粉末,溶解在含有硫氰酸的盐酸水溶液中。”刘峰通过通讯器下达指令。
工人们将白色的粉末倒入巨大的搪瓷搅拌缸内,加酸溶解。
“启动一号萃取泵。
注入磷酸三丁酯有机溶剂。”
水溶液和不溶于水的tbp有机溶剂在萃取塔内相遇。
电机驱动着搅拌桨疯狂旋转,将两相液体打碎成微小的液滴,使其充分接触。
物理化学的奇迹在微观层面上发生。
虽然锆和铪的化学性质相似,但它们与tbp有机溶剂形成络合物的能力存在微小的差异。
锆更容易被有机溶剂拉走,而铪则倾向于留在水溶液中。
“静置分层。
提取有机相。”
搅拌停止。
密度较轻的tbp有机层浮在水层上方。
但这微小的差异不足以一次性完成分离。
含有较高浓度锆的有机溶剂被送入下一级萃取塔,再次与新的水溶液接触,进行反萃取。
这种枯燥的流体力学循环,在几十级萃取槽中反复进行。
水相和有机相逆向流动,就像一台微观的化学筛子。
每一次接触,都会将微量的铪原子留在水中,将锆原子带走。
经过连续几十个小时的萃取。
最终从生产线末端流出的,是极其纯净的含锆溶液。
“进行加热沉淀。
加入氢氧化氨。”
溶液中析出白色的氢氧化锆沉淀。
随后被送入高温回转窑进行焙烧,转化为纯净的二氧化锆粉末。
但这依然只是氧化物。
在车间的尽头,是一台巨大的真空感应还原炉。
“将二氧化锆与碳粉混合氯化,生成四氯化锆气体。
引入还原炉内部。”
“加入高纯度金属镁块。
抽真空,充入氩气保护。
升温至九百度。”
在九百摄氏度的高温下,化学置换反应剧烈进行。
活泼的金属镁强行夺走了四氯化锆中的氯原子,生成液态的氯化镁。
而失去了氯的锆原子,则在反应炉的底部还原沉积,形成了一团呈现出银灰色多孔状的金属物质——海绵锆。
这些海绵锆随后被送入真空自耗电弧炉中,在数千度的高温电弧下熔化,彻底排出残留的氯化镁气体,最终结晶成纯净的核级锆合金钢锭。
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