Влияние окислительно-восстановительного потенциала среды на коррозию стали 12Х18Н10Т в расплаве (LICL-KCL)ЭВТ.–UCL4/UCL3

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В настоящий момент активно разрабатывается высокотемпературная технология переработки отработавшего ядерного топлива с применением расплавленных солей. Одной из ключевых стадий данной технологии является электрорафинирование с использованием в качестве электролита солевой композиции на основе LiCl-KCl. Высокие рабочие температуры и изменение состава солевых электролитов в результате протекающих технологических процессов обуславливают повышенную агрессивность расплава по отношению к конструкционным материалам. В работе исследовалось влияние изменения окислительно-восстановительного потенциала среды, задаваемого посредством введения в состав солевого электролита хлоридов урана (доля трехвалентного хлоридов урана в добавке 2 мас. % UCl4/UCl3 от 5 до 95%) на коррозионные характеристики нержавеющей стали 12Х18Н10Т в расплаве хлоридов лития и калия. Коррозионные испытания длительностью 100 часов были выполнены при температуре 550 оС в условиях инертной газовой среды аргона с содержанием воды менее 0.1 ppm и кислорода менее 10 ppm. Окислительно-восстановительный потенциал среды определялся как относительно хлорного, так и относительно литиевого динамического электрода сравнения (Li+/Li). При преимущественном введении в расплав UCl3 наблюдается снижение скорости коррозии (до 0.005 г/(м2·ч)), при введении четырехвалентной формы хлорида урана – значительное повышение скорости коррозии стали 12Х18Н10Т (до 0.703 г/(м2·ч)) относительно скоростей коррозии, полученных в результате коррозионных испытаний в эвтектическом расплаве LiCl-KCl без добавок (0.062 г/(м2·ч). При экспериментально измеренном значении ОВП расплава (LiCl-KCl)эвт.–UCl4/UCl3 (относительно литиевого динамического электрода сравнения) от 1.78 до 2.08 В скорости коррозии стали 12Х18Н10Т ниже, чем значение скорости коррозии данной стали в эвтектическом расплаве хлоридов лития и калия.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Э. А. Карфидов

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: karfidov@ihte.ru
Россия, Екатеринбург

К. Е. Селиверстов

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

Email: karfidov@ihte.ru
Россия, Екатеринбург

П. Н. Мушников

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

Email: karfidov@ihte.ru
Россия, Екатеринбург

К. Р. Каримов

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

Email: karfidov@ihte.ru
Россия, Екатеринбург

Е. В. Никитина

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

Email: karfidov@ihte.ru
Россия, Екатеринбург

А. Е. Дедюхин

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

Email: karfidov@ihte.ru
Россия, Екатеринбург

Список литературы

  1. Никитина Е.В., О.Ю. Ткачева, Э.А. Карфидов, А.В. Руденко, Муллабаев А.Р. Высокотемпературная коррозия в расплавленных солях: учебное пособие / под общ. ред. Е.В. Никитиной. Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Уральский федеральный университет. Екатеринбург: Изд-во Урал. Ин-та. 2021.
  2. LeBlanc D. Molten salt reactors: a new beginning for an old idea / D. LeBlanc // Nuclear Engineering and Design. 2010. 204. P.1644–1656.
  3. Кочергин В.П. Защита металлов от коррозии в ионных расплавах и растворах электролитов / В.П. Кочергин. Екатеринбург: Изд-во УрГУ. 1991.
  4. Смирнов М.В., Озеряная И.Н. Коррозия металлов в расплавленных солевых средах и защита от коррозии. // Коррозия и защита от коррозии. Итоги науки М.: ВИНИТИ. 1973. 2. С. 171–209.
  5. Guo S., Zhang J., Wu W., Zhou W. Corrosion in the molten fuoride and chloride salts and materials development for nuclear applications // Prog. Mater. Sci. 2018. 97. 448–487.
  6. Yingling J.A., Aziziha M., Schorne-Pinto J., Palma J.P.S., Ard J.C., Booth R.E., Dixon C.M., Besmann T.M. Thermodynamic Assessment of CrCl2 with NaCl-KCl-MgCl2-UCl3-UCl4 for Molten Chloride Reactor Corrosion Modeling // ACS Appl Energy Mater. 2023. 6. №11. P. 5868–5882
  7. Gomez-Vidal J.C., Tirawat R. Corrosion of alloys in a chloride molten salt (NaCl-LiCl) for solar thermal technologies // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2016. 157. P.234–244.
  8. Lu P., Liu Q., Bao H., Pan T.J., Tang Z. Effect of FeCl3 in NaClMgCl2 molten salts on the corrosion behavior of 316 stainless steel at 600°C // Corros. Sci. 2023. 212. 110961.
  9. Ding W., Bonk A., Bauer T. Corrosion behavior of metallic alloys in molten chloride salts for thermal energy storage in concentrated solar power plants: A review // Front. Chem. Sci. Eng. 2018. 12. P.564–576.
  10. Kurley J.M., Halstenberg P.W., McAlister A., Raiman S., Dai S., Mayes R.T. Enabling chloride salts for thermal energy storage: Implications of salt purity // RSC Adv. 2019. 9. 25602–25608.
  11. Nguyen T.D., van Rooijen W.F.G. Design of reactor physics experiments in support of chloride-fueled Molten Salt Reactor research & development. Ann. Nucl. Energy. 2023.
  12. van Oudenaren G.I.L., Ocadiz-Flores J.A., Smith A.L. Coupled structural-thermodynamic modelling of the molten salt system NaCl-UCl3. J. Mol. Liq. 2021.
  13. Li B., Dai S., Jiang D.-e. Molecular dynamics simulations of structural and transport properties of molten NaCl-UCl3 using the polarizable-ion model. J. Mol. Liq. 2020. 299. 112184.
  14. Sano Y., Ambai H., Takeuchi M., Iijima S., Uchida N. Efect of chloride ion on corrosion behavior of SUS316L-grade stainless steel in nitric acid solutions containing seawater components under γ–ray irradiation // J. Nucl. Mater. 2017. 493. P.200–206.
  15. Sooby E.S., Nelson A.T., White J.T., McIntyre P.M. Measurements of the liquidus surface and solidus transitions of the NaClUCl3 and NaCl-UCl3-CeCl3 phase diagrams // J. Nucl. Mater. 2015. 466. P.280–285.
  16. Zhang H., Choi S., Zhang C., Faulkner E., Alnajjar N., Okabe P., Horvath D.C., Simpson M.F., Square wave voltammetry for real time analysis of minor metal ion concentrations in molten salt reactor fuel // J Nuclear Mater. 2019.
  17. Zhang H., Choi S., Hamilton D.E., Simpson M.F. Electroanalytical Measurements of UCl3 and CeCl3 in Molten NaCl-CaCl2 // J. Electrochem. Soc. 2021. 168. 056521.
  18. D’Souza B., Zhuo W., Yang Q., Leong A., Zhang J. Impurity driven corrosion behavior of HAYNES 230 alloy in molten chloride Salt. Corros. Sci. 2021. 109483.
  19. Ding W., Shi H., Xiu Y., Bonk A., Weisenburger A., Jianu A., Bauer T. Hot corrosion behavior of commercial alloys in thermal energy storage material of molten MgCl2/KCl/NaCl under inert atmosphere. Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2018. 184. P.22–30.
  20. Pint B.A., Su Y.F., Sulejmanovic D., Pillai R. Characterization of Fe and Cr Dissolution and Reaction Product Formation in Molten Chloride Salts With and Without Impurities. Mater. High Temp. 2023. 2205754.
  21. Смирнов, М.В. Особенности коррозии металлов в расплавленных галогенидах и карбонатах / М.В. Смирнов, И.Н. Озеряная // Высокотемпературная коррозия и методы защиты от неё. 1973. № 1. С. 76–83.
  22. Колотырки, Я.М. Электрохимические аспекты коррозии металлов. Питтинговая коррозия металлов / Я.М. Колотыркин // Защита металлов. 1975. 11. №6. С. 675-686.
  23. Ambrosek J. Molten chloride salts for heat transfer in nuclear systems / J. Ambrosek // University of Wisconsin. 2011.
  24. Raiman S.S. Aggregation and data analysis of corrosion studies in molten chloride and fluoride salts / S.S. Raiman, S. Lee // Journal of Nuclear Materials. 2018. 511. P. 523–535.
  25. Indacochea J.E. Corrosion Performance of Ferrous and Refractory Metals in Molten Salts under Reducing Conditions / J.E. Indacochea, J.L. Smith, K.R. Litko, E.J. Karell // Journal of Materials Research. 1999. 14. № 5. P. 1990–1995.
  26. Nikolaev A.Y. Purification of Alkali-Metal Chlorides by Zone Recrystallization for Use in Pyrochemical Processing of Spent Nuclear Fuel / A.Y. Nikolaev, A.R. Mullabaev, A.V. Suzdaltsev et al. // At Energy. 2022. 131. C. 195–201.
  27. Romanova D.O., Mullabaev A.R., Kovrov V.A. et. al. Determination of the Valent Forms of Uranium (III) and Uranium (IV) Present in the Chloride Melts of Alkaline Metals / // Russian Metallurgy (Metally). 2023. 2023. № 2. P. 248–256.
  28. Карфидов Э.А., Никитина Е.В., Селиверстов К.Е., Мушников П.Н., Каримов К.Р. Коррозионное поведение стали 12Х18Н10Т в расплаве LiCl-KCl, содержащем добавки хлоридов f-элементов // Расплавы. 2023. № 4. С. 1–8.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Внешний вид образцов стали 12Х18Н10Т до и после коррозионных испытаний в исследуемых расплавах: а) исходный образец; б) (LiCl-KCl)эвт.-2 мас. % (0.05UCl4/0.95UCl3); в) (LiCl-KCl)эвт.-2 мас. % (0.25UCl4/0.75UCl3); г) (LiCl-KCl)эвт.-2 мас. % (0.50UCl4/0.50UCl3); д) (LiCl-KCl)эвт.-2 мас. % (0.75UCl4/0.25UCl3); е) (LiCl-KCl)эвт.-2 мас. % (0.95UCl4/0.05UCl3)

Скачать (75KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость значений ОВП и скоростей коррозии стали 12Х18Н10Т в расплавах (LiCl-KCl)эвт.-UCln (UCl4/UCl3)

Скачать (137KB)
Метаданные
4. Рис. 3. МРСА шлифов поперечного сечения образцов стали 12Х18Н10Т до и после коррозионных испытаний в расплавах (LiCl-KCl)эвт.-2 мас. % UCln при температуре 550 ℃. Соотношение форм хлоридов урана в водимой добавке: a) 0.95UCl4/0.05 UCl3; б) 0.05UCl4/0.95UCl3

Скачать (429KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025