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核級海綿鋯生產(chǎn)填補國內(nèi)空白 可滿足世界近半需求
2012-06-21
核級海綿鋯生產(chǎn)填補國內(nèi)空白
產(chǎn)能可滿足世界近半核電站需求
圖為國核維科鋯鉿分離車間 朱學蕊/攝
6月8日，國家核電技術(shù)公司（以下簡稱“國家核電”）與美國西屋電氣公司（以下簡稱“西屋公司”）合資建設(shè)的國核維科鋯鉿有限公司（以下簡稱“國核維科”）核級海綿鋯項目生產(chǎn)線在江蘇南通正式投產(chǎn)。至此，作為我國核電站關(guān)鍵基礎(chǔ)材料的核級海綿鋯生產(chǎn)空白得以填補，并將結(jié)束長期依賴進口、受制于人的歷史。
記者從國核維科了解到，上述項目一期總投資6.1億元人民幣，主要研發(fā)、生產(chǎn)、銷售各種核級海綿鋯、工業(yè)級海綿鋯、氧化鋯以及相關(guān)副產(chǎn)品，將實現(xiàn)核級海綿鋯年產(chǎn)能1500噸。工廠設(shè)計產(chǎn)能為2000噸，并可根據(jù)市場需求進一步擴產(chǎn)，最終可達到年產(chǎn)4000噸的產(chǎn)能。核級海綿鋯項目的建成投產(chǎn)，將為美國這個世界上最大的核級海綿鋯存量市場和中國這一發(fā)展最快的增量市場提供產(chǎn)品，并滿足世界近一半的核電站對核級海綿鋯的需求（目前世界總需求量約4500噸/年）。
相關(guān)資料顯示，核級鋯材是核電站不可或缺的重要材料，核級海綿鋯是核級鋯材產(chǎn)業(yè)鏈的重要組成部分，是國家重要的戰(zhàn)略性物資。
據(jù)了解，核燃料元件是由一定數(shù)量的核燃料棒集成的組件，核燃料棒的包殼鋯管由優(yōu)質(zhì)的鋯合金材料制造，這種鋯合金具有很好的密封性和在運行條件下長期封存裂變產(chǎn)物的能力，被稱為核電站運行的第一道安全屏障。國核維科生產(chǎn)的核級海綿鋯就是制造核燃料元件所必需的核級鋯合金材料的重要原料。
記者了解到，與普通工業(yè)鋯材不同的是，核級海綿鋯的生產(chǎn)需要完成鋯鉿分離、高溫氯化、克勞爾還原、蒸餾精整等一系列復(fù)雜的工藝流程。而且，核級鋯材是專門針對反應(yīng)堆苛刻要求的特殊鋯合金，在合金成分、加工工藝、金屬組織結(jié)構(gòu)、材料性能、尺寸精度等方面都有特別的要求，生產(chǎn)過程也要復(fù)雜得多。
數(shù)據(jù)顯示，一個百萬千瓦級壓水堆核電站反應(yīng)堆堆芯首次裝料的核燃料元件制造約需各種核級鋯材30噸左右。按目前高燃耗換料模式每臺反應(yīng)堆每次換料需要大約8噸核級鋯材。中國自上世紀60年代開始發(fā)展核電至今，核電站所必需的核級海綿鋯一直依賴進口，成為我國核電產(chǎn)業(yè)的薄弱環(huán)節(jié)，是制約我國核電規(guī)模化、自主化發(fā)展的重要“瓶頸”之一。
2007年7月24日，國家核電與美國西屋聯(lián)合體簽署了第三代核電技術(shù)轉(zhuǎn)讓及核島設(shè)備采購合同，這是中美兩國最大的能源科技合作項目，其中，核級鋯材制造是一項重要技轉(zhuǎn)內(nèi)容。2009年6月30日，國家核電所屬國核寶鈦鋯業(yè)股份公司與美國西屋電氣英國控股有限公司共同出資組建的國核維科鋯鉿有限公司在江蘇省南通市注冊成立，注冊資本金2.1億元人民幣。
業(yè)內(nèi)人士表示，國產(chǎn)核級海綿鋯的投產(chǎn)將完善我國核級鋯材產(chǎn)業(yè)體系，這是我國推進核電自主化發(fā)展的重要舉措，將徹底改變和突破我國核級鋯材全部依賴進口的局面與瓶頸，為中國核電產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、保障國家能源安全提供重要支撐。
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金屬鋯 （Zr） 是一種銀灰色稀有金屬，其在地殼中的含量約為0.025%， 超過鎳、 鋅、 銅、錫、 鉛和鈷等。 具有工業(yè)開采價值的礦物是鋯英石和斜鋯石， 世界上儲量較多的是澳大利亞、 美國和俄羅斯等國， 我國國內(nèi)砂礦主要分布在東南沿海， 巖礦主要分布在內(nèi)蒙古。
鋯的熔點較高（1852攝氏度），并具有較高溫度下在多種介質(zhì)中良好的耐蝕性。而且，鋯具有很小的熱中子俘獲截面， 能夠保證原子能反應(yīng)堆中有足夠的熱中子數(shù)量以維持核裂變反應(yīng)的連續(xù)進行。純鋯對熱中子的俘獲截面只有0.18x10-28m2， 遠低于鐵、 鎳等金屬材料；鋯的散射截面為8.0x10-2m2， 即使是在反應(yīng)堆中經(jīng)過照射后， 也具有較低的放射性。加之優(yōu)異的壓力加工和機械加工性能，鋯成為了核反應(yīng)堆最重要的結(jié)構(gòu)材料之一。
用于核反應(yīng)堆的鋯材料必須嚴格控制金屬鉿(Hf)的含量， 因為鋯與鉿通常共生， 而鉿又具有特別大的熱中子俘獲截面。因此， 在生產(chǎn)核級海綿鋯時， 必須進行鋯、 鉿分離， 將海綿鋯中鉿的含量降至0.01%以下。（記者 朱學蕊）
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