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新型水基工艺高效分离“孪生金属”锆与铪

2026年09月29日 科技日报 刘霞
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美国俄勒冈州立大学科学家以水基溶液替代有毒有机溶剂,使锆、铪分离系数达到33,约为目前行业标准的5倍。这一进展有望为核能、半导体等行业注入新动力。相关论文发表于新一期《美国化学会志》。

锆与铪,在元素周期表中比邻而居,化学性质酷似,在自然界常共生,被称作“孪生兄弟”。地球上的锆矿石几乎都含铪,一般锆中铪含量为0.5%—5%,几乎找不到只含锆而不含铪的矿物。锆多用于核能、航空航天、医疗植入等领域,而铪是核能、航空航天、半导体等高端技术不可或缺的关键特种金属。二者最鲜明的差别在核性能:锆几乎不“吃”中子,宜作核燃料包壳材料;铪却大量吸收中子,宜作核反应堆控制棒材料。正因二者核性能相反,用作核级材料时,必须高纯度分离。

美国现仅有两家工厂能实现工业规模分离,每家每年消耗数百万磅易燃有机溶剂。更棘手的是,这些工厂采用的液—液萃取工艺,能耗高,约4%的溶剂会逸散到空气中,成为有害污染。

新工艺改用沉淀法,将带相反电荷的溶解态离子彼此吸引,形成不溶性固体。其以水溶液为介质,加入含锆原料、硫氰酸盐配体和胆碱。硫氰酸盐配体可与铪、锆离子结合;胆碱廉价、无毒,常用作食品添加剂。这一过程无需有机溶剂、能耗低,最终让富含铪的化合物沉淀析出,分离系数远高于目前行业标准。

打印 责任编辑:范思璐

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