核级海绵锆生产填补国内空白 可满足世界近半需求
2012-06-21
核级海绵锆生产填补国内空白
产能可满足世界近半核电站需求
图为国核维科锆铪分离车间 朱学蕊/摄
6月8日，国家核电技术公司（以下简称“国家核电”）与美国西屋电气公司（以下简称“西屋公司”）合资建设的国核维科锆铪有限公司（以下简称“国核维科”）核级海绵锆项目生产线在江苏南通正式投产。至此，作为我国核电站关键基础材料的核级海绵锆生产空白得以填补，并将结束长期依赖进口、受制于人的历史。
记者从国核维科了解到，上述项目一期总投资6.1亿元人民币，主要研发、生产、销售各种核级海绵锆、工业级海绵锆、氧化锆以及相关副产品，将实现核级海绵锆年产能1500吨。工厂设计产能为2000吨，并可根据市场需求进一步扩产，最终可达到年产4000吨的产能。核级海绵锆项目的建成投产，将为美国这个世界上最大的核级海绵锆存量市场和中国这一发展最快的增量市场提供产品，并满足世界近一半的核电站对核级海绵锆的需求（目前世界总需求量约4500吨/年）。
相关资料显示，核级锆材是核电站不可或缺的重要材料，核级海绵锆是核级锆材产业链的重要组成部分，是国家重要的战略性物资。
据了解，核燃料元件是由一定数量的核燃料棒集成的组件，核燃料棒的包壳锆管由优质的锆合金材料制造，这种锆合金具有很好的密封性和在运行条件下长期封存裂变产物的能力，被称为核电站运行的第一道安全屏障。国核维科生产的核级海绵锆就是制造核燃料元件所必需的核级锆合金材料的重要原料。
记者了解到，与普通工业锆材不同的是，核级海绵锆的生产需要完成锆铪分离、高温氯化、克劳尔还原、蒸馏精整等一系列复杂的工艺流程。而且，核级锆材是专门针对反应堆苛刻要求的特殊锆合金，在合金成分、加工工艺、金属组织结构、材料性能、尺寸精度等方面都有特别的要求，生产过程也要复杂得多。
数据显示，一个百万千瓦级压水堆核电站反应堆堆芯首次装料的核燃料元件制造约需各种核级锆材30吨左右。按目前高燃耗换料模式每台反应堆每次换料需要大约8吨核级锆材。中国自上世纪60年代开始发展核电至今，核电站所必需的核级海绵锆一直依赖进口，成为我国核电产业的薄弱环节，是制约我国核电规模化、自主化发展的重要“瓶颈”之一。
2007年7月24日，国家核电与美国西屋联合体签署了第三代核电技术转让及核岛设备采购合同，这是中美两国最大的能源科技合作项目，其中，核级锆材制造是一项重要技转内容。2009年6月30日，国家核电所属国核宝钛锆业股份公司与美国西屋电气英国控股有限公司共同出资组建的国核维科锆铪有限公司在江苏省南通市注册成立，注册资本金2.1亿元人民币。
业内人士表示，国产核级海绵锆的投产将完善我国核级锆材产业体系，这是我国推进核电自主化发展的重要举措，将彻底改变和突破我国核级锆材全部依赖进口的局面与瓶颈，为中国核电产业可持续发展、保障国家能源安全提供重要支撑。
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金属锆 （Zr） 是一种银灰色稀有金属，其在地壳中的含量约为0.025%， 超过镍、 锌、 铜、锡、 铅和钴等。 具有工业开采价值的矿物是锆英石和斜锆石， 世界上储量较多的是澳大利亚、 美国和俄罗斯等国， 我国国内砂矿主要分布在东南沿海， 岩矿主要分布在内蒙古。
锆的熔点较高（1852摄氏度），并具有较高温度下在多种介质中良好的耐蚀性。而且，锆具有很小的热中子俘获截面， 能够保证原子能反应堆中有足够的热中子数量以维持核裂变反应的连续进行。纯锆对热中子的俘获截面只有0.18x10-28m2， 远低于铁、 镍等金属材料；锆的散射截面为8.0x10-2m2， 即使是在反应堆中经过照射后， 也具有较低的放射性。加之优异的压力加工和机械加工性能，锆成为了核反应堆最重要的结构材料之一。
用于核反应堆的锆材料必须严格控制金属铪(Hf)的含量， 因为锆与铪通常共生， 而铪又具有特别大的热中子俘获截面。因此， 在生产核级海绵锆时， 必须进行锆、 铪分离， 将海绵锆中铪的含量降至0.01%以下。（记者 朱学蕊）
