NHÂN Ở VIỆT NAM
Ở Việt Nam, hiện nay đang trên lộ trình chuẩn bị xây dựng nhà máy điện hạt nhân với 2 lò phản ứng công suất 1.000 MW và dự kiến đi vào hoạt động vào năm 2030. Để các nhà máy điện hạt nhân có thể đưa vào sử dụng, trước hết cần có nguồn nhiên liệu hạt nhân và các vật liệu hạt nhân. Vật liệu hạt nhân là các vật liệu dùng làm vỏ bọc thanh nhiên liệu (Zr kim loại và hợp kim Zr sạch hạt nhân), vật liệu dùng trong điều khiển lò phản ứng hạt nhân (hợp kim của REEs, Cd, Hf,…) và vật liệu gốm cao cấp (gốm chức năng) dùng trong các thiết bị hỗ trợ, kiểm định vật liệu, kiểm tra đánh giá mức độ an toàn vận hành lò…[11, 12].
Nghiên cứu về Zr ở Việt Nam được bắt đầu ở Viện Công nghệ xạ hiếm (CNXH) từ những năm 1990, tập trung chủ yếu là: Nghiên cứu thăm dò khả năng thu nhận Zr kim loại kỹ thuật và các dạng hoá phẩm kỹ thuật của nó dùng trong kỹ thuật hạt nhân và các ngành khác [1]; Nghiên cứu khả năng tách Ti và Fe khỏi tinh quặng zircon bằng tác nhân hỗn hợp H2SO4 và NaF [7]; Nghiên cứu sản xuất ZrO2 kỹ thuật 96 - 97% và điều chế ZrO2 99% trong phòng thí nghiệm từ quặng ZrSiO4 Việt Nam [8]; Nghiên cứu khả năng tinh chế Zr từ ZrO2 bằng phương pháp chiết
lỏng - lỏng với dung môi TBP [11, 12] và Nghiên cứu chế thử muối ZrOCl2.8H2O chất lượng cao từ tinh quặng ZrSiO4 Việt Nam [17].
Năm 2012, tác giả Nguyễn Xuân Chiến và cộng sự đã nghiên cứu xác định Zr và Hf trong Zr kim loại xốp bằng phương pháp huỳnh quang tia X. Kết quả cho thấy có thể xác định chính xác nồng độ của Hf và Zr theo phương pháp đường chuẩn. Tỷ lệ hàm lượng Zr/Hf nằm trong khoảng từ 100 đến 1000 lần. Kết quả của phép phân tích bằng huỳnh quang tia X có sự phù hợp với kết quả phân tích theo phương pháp ICP-MS và phương pháp chuẩn độ tạo phức [5].
Tác giả Nguyễn Thị Kim Dung [6] đã nghiên cứu xây dựng quy trình xác định lượng nhỏ các tạp chất Cr, Fe và Ti trong tinh quặng ZrSiO4 bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS.
Tác giả Lê Hồng Minh [11] cũng đã nghiên cứu tách Zr, Hf bằng phương pháp sắc ký trao đổi ion và xác định chúng bằng ICP-MS. Khi sử dụng nhựa trao đổi anion Bio-Rad AG1-X8 (200 - 400 mesh), cặp (Zr và Hf) được tách khỏi cặp (Lu và Yb), do (Lu và Yb) bị hấp thu trên nhựa trong môi trường HCl 3M, trong khi Zr và Hf không hấp thu trên nhựa; Hf được tách khỏi nguyên tố nền Zr trong môi trường H2SO4 0,3M. Còn khi sử dụng nhựa trao đổi cation Bio-Rad AG50hW-X8 (200 - 400 mesh), cả Hf và Zr cùng được hấp thu trên nhựa trong môi trường axit H2SO4 0,4M và (Lu, Y, Zr) được tách khỏi Hf bằng dung dịch rửa giải là H2SO4 0,4M; Hf được tách ra khỏi cột bằng dung dịch rửa giải là H2SO4 1M.
Hiện nay, thế giới và Việt Nam đã có nhiều phương pháp được sử dụng để tách các nguyên tố tạp chất ra khỏi nền Zr, bên cạnh sắc ký, chiết bằng dung môi được đánh giá là phương pháp có tính khả thi cao và nhiều triển vọng áp dụng khá rộng rãi, phổ biến trong cả phân tích và công nghệ [31, 33, 47, 72, 73, 80, 81, 84, 85, 86, 94, 98, 101, 104]. Phương pháp chiết dung môi được thực hiện khá nhanh, thiết bị đơn giản, rẻ tiền, dễ thực thi, cho phép tăng độ nhạy, độ chọn lọc của phép phân tích khi tổ hợp với các phương pháp xác định hàm lượng nguyên tố khác [10, 13, 39].
Ở nước ta hiện nay, hầu như chưa có công trình nào nghiên cứu về vấn đề xác định các tạp chất có trong các vật liệu Zr độ sạch cao và sạch hạt nhân bằng phương pháp phân tích hóa lý hiện đại như ICP-MS, nhằm kiểm tra đánh giá chất lượng của các vật liệu này trong quá trình sản xuất, góp phần từng bước nội địa hóa vật liệu và thúc đẩy việc xây dựng, vận hành nhà máy điện hạt nhân ở nước ta đến 2030.
Kết luận:
Thông qua việc nghiên cứu các tài liệu trong và ngoài nước cho thấy, các nguyên tố tạp chất trong nền Zr thường được xác định bằng các phương pháp phân tích công cụ như UV-Vis, AAS, AES, NAA, X-ray...và chủ yếu dùng để xác định các nguyên tố có hàm lượng không quá nhỏ mà chưa phổ biến để xác định các nguyên tố lượng vết, siêu vết nhất là trong các nền mẫu lớn. Mặt khác, các phương pháp này thường có giới hạn về số nguyên tố xác định được và giới hạn phát hiện khá lớn, độ nhạy chưa cao. Ngoài ra, các phương pháp phân tích hiện đại như ICP- MS chưa được nghiên cứu hệ thống và kỹ lưỡng trong việc xác định lượng vết các nguyên tố tạp chất trực tiếp và sau khi tách nền Zr bằng kỹ thuật chiết với các dung môi khác nhau. Khả năng tách Zr ra khỏi các nguyên tố khác trong các môi trường axit, bằng các loại tác nhân chiết, các chất pha loãng khác nhau và ảnh hưởng của các loại muối điện ly đến hiệu suất chiết tách Zr, nhất là sử dụng các tác nhân mới như PC88A, D2EHPA còn chưa được nghiên cứu một cách đầy đủ và chưa được công bố nhiều.
Do vậy, để đáp ứng yêu cầu sản suất và kiểm tra đánh giá chất lượng của các vật liệu Zr sạch hạt nhân, cần phải nghiên cứu xác định tạp chất. Nhiệm vụ này đòi hỏi sự phân tích đánh giá đồng thời nhiều tạp chất, độ nhạy cao và chính xác lượng vết, siêu vết các tạp chất trong nền mẫu lớn. Vì vậy, cần sử dụng phương pháp phân tích hóa lý hiện đại như ICP-MS để có thể đáp ứng được những tiêu chí nêu trên. Những nghiên cứu của luận án góp phần giải quyết một vấn đề có tính chất lâu dài và hỗ trợ cho lộ trình xây dựng và vận hành nhà máy điện hạt nhân ở Việt Nam đang còn có nhiều khó khăn trong giai đoạn ban đầu.
Chương 2