导读:锆是核燃料第一层防护服 东方锆业是国内目前唯一拥有核级海绵锆自主知识产权企业。核燃料不能直接放入堆芯内,而是需要制作成圆柱形燃料块并放入棒状的包套管内,然后将其安装在核燃料元件上,才能放入堆芯参与反应。而锆合金是这些核燃料包管的重要材料。因此,锆虽然不是核燃料,但其作为核燃料的第一层防护服,与铀燃料一样属于高消耗品。
参考《2016-2022年中国锆市场深度调查及十三五投资前景预测报告》
核燃料不能直接放入堆芯内,而是需要制作成圆柱形燃料块并放入棒状的包套管内,然后将其安装在核燃料元件上,才能放入堆芯参与反应。而锆合金是这些核燃料包管的重要材料。因此,锆虽然不是核燃料,但其作为核燃料的第一层防护服,与铀燃料一样属于高消耗品。
海绵锆(即锆金属单质,自然界没有单质锆,通过电解形成的单质锆成海绵态,因此也称为海绵锆)具有耐高温(熔点1852℃、沸点4377℃)、抗腐蚀的特性,并具有超高的硬度与强度,其中核级锆是核岛内部构件的理想材料。因此,核级锆在核岛中的非/低消耗品(格架、端塞、压力管道、水流分离管、燃料槽箱等)和高消耗品(燃料棒包套管)部件中得到广泛应用。由于燃料棒包套管中的锆在反应堆内长期持续受到大量中子照射,其延展性降低、强度升高,综合力学性能变差,需要每12-18个月左右进行更换。
根据上表中的数据,平均每11.6万千瓦的装机容量每年就需要使用约1吨的核级锆。若按照我们的假设,2020年我国在役核电站装机容量达到5000万千瓦,届时仅在役核电站核级锆用量预计将达到431吨/年。
国外对锆合金的研究从20世纪50年代就开始了,其中锆-4(Zr-4)合金作为压水堆燃料棒包套管材在堆内的使用性能令人满意,在大量第二代核反应堆中得到应用。然而随着现代核工业对提高燃料燃耗、反应堆热效率、安全可靠性和降低燃料循环成本提出了进一步要求,各国陆续研制出了耐腐蚀性能、吸氢性能、力学性能及辐照尺寸稳定性更为优良的锆合金,例如:美国的Zirlo合金、法国的M5合金、日本的NDA合金、俄罗斯的E635合金、韩国的HANA合金等。
我国从事核级锆研制生产的主要有国家核电技术公司旗下的国核科学技术研究院、国核宝钛锆业股份公司(简称国核锆业,由国家核电技术公司和宝钛集团有限公司共同出资组建,由国家核电技术公司管理),以及东方锆业(002167.SZ,中核工业集团为公司第一大股东)。
国核锆业被指定为引进美国西屋公司AP1000全套核级锆材技术的唯一指定用户,并被国家发改委任命承担AP1000依托项目自主化任务。
2014年底,公司AP1000核级锆材产品鉴定通过,并于2016年6月开始为AP1000自主化依托项目海阳核电1、2号机组生产Zirlo和Zr-4核级锆合金产品,预计2017年2月交付电站。
东方锆业是专业从事锆系列制品研发生产的公司,其产品有二氧化锆、氯氧化锆、复合氧化锆、氧化锆陶瓷结构件、硅酸锆、电熔氧化锆及海绵锆。公司是国内目前唯一拥有核级海绵锆自主知识产权的企业,并且年产150吨核级海绵锆的生产线已于2016年6月完成合格鉴定。
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