Влияние борной кислоты на генерацию водорода алюминийсодержащими гидрокомпозициями с химическими активаторами

20.09.2018 2018 - №03 Безопасность, надежность и диагностика ЯЭУ

А.А. Салахова А.И. Фирсова В.И. Белозеров В.К. Милинчук

https://doi.org/10.26583/npe.2018.3.15

Рассмотрены результаты исследований кинетики генерации водорода гидрокомпозициями с алюминием, химическими активаторами (кристаллогидрат метасиликата натрия, оксид и гидроксид кальция) и борной кислотой. Алюминий защищен от прямого контакта с водой и паром поверхностнымслоем оксида алюминия Аl2 O3, обладающим высокой коррозионной стойкостью по отношению к воздействию воды и пара при высоких температурах и в мощных радиационных полях. После удаления или при нарушении сплошности оксидного слоя алюминий эффективно разлагает воду на водород. Установлено, что закономерности процесса образования водорода в алюминийсодержащих гидрокомпозициях зависят от концентрации борной кислоты. Наличие борной кислоты необходимо учитывать при рассмотрении химических процессов образования водорода, протекающих с участием реакторных материалов, корректирующих добавок и активирующих примесей в водном теплоносителе реакторов типа ВВЭР.

Согласно проведенным исследованиям, кинетика генерации водорода алюминийсодержащими композициями зависит от концентрации кристаллогидрата метасиликата натрия, а именно, при уменьшении концентрации активатора увеличивается индукционный участок на кривых накопления водорода, что свидетельствует о снижении скорости удаления оксидного слоя. Результаты экспериментальных данных показали, что кальцийсодержащие химические активаторы при взаимодействии с борной кислотой не влияют на предельный выход генерации водорода, но снижают скорость накопления водорода. Полученные результаты свидетельствуют о сложном характере взаимодействия реакторных материалов с водным теплоносителем в присутствии корректирующих добавок и примесных молекул, чтонеобходимо принимать во внимание при рассмотрении водно-химического режима реакторов типа ВВЭР. Если в водной среде находятся химические вещества, например, кремний- или кальцийсодержащие соединения, придающие водной среде щелочной характер, то в такой системе протекают физико-химические процессы с образованием водорода, которые можно разбить на три стадии: активация алюминия, окисление алюминия кислородом, взаимодействие алюминия и воды с образованием водорода.

Ссылки

1. НП-040-02. Правила обеспечения водородной взрывозащиты на атомной станции. Электронный ресурс: http://snipov.net/c_4686_snip_109274.html (дата доступа 15.01.2018).
2. Mitigation of hydrogen hazards in severe accident in nuclear power plants. International Atomic Energy Agency. – Vienna: IAEA, 2011. – 155 p. Электронный ресурс: http://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/TE_1661_Web.pdf (дата доступа 15.01.2018).
3. ГОСТ 24 693-81. Реакторы ядерные энергетические корпусные с водой под давлением. Общие требования к системе борного регулирования. Электронный ресурс: http://gostrf.com/norma_data/27/27074/index.htm (дата доступа 15.01.2018).
4. Рощектаев Б.М. Водно-химический режим АЭС с реакторами ВВЭР-1000 и РБМК-100 Учебное пособие. – М.: НИЯУ МИФИ, 2010. – 132 с.
5. Милинчук В.К., Клинов Д.А. Водородная энергетика. Учебное пособие. – Обнинск: ИАТЭ, 2008. – 68 с.
6. Милинчук В.К., Мерков С.М. Патент № 2 371 382 РФ. МПК СО1В 3/08. Гидрореакционная композиция для получения водорода. / Бюлл. 2009. № 30.
7. Милинчук В.К., Шилина А.С. Патент № 2 417 157 РФ. МПК СО1В 3/08. Гидрореакционная гетерогенная композиция для получения водорода. / Бюлл. 2011. № 12.
8. Шилина А.С., Милинчук В.К. Физико-химические процессы получения водорода и адсорбента, соответствующие принципам «зеленой» химии. // Альтернативная энергетика и экология – ISJAEE. – 2009. – № 10. – С. 10-14.
9. Ананьева О.А., Куницына Т.Е., Шилина А.С., Милинчук В.К. Получение водорода химическим разложением минерализованной воды. // Альтернативная энергетика и экология – ISJAEE. – 2012. – № 5-6. – С. 140-144.
10. Милинчук В.К., Шилина А.С., Ананьева О.А., Куницына Т.Е., Пасевич О.Ф., Ларичева Т.Е. Исследование экологически безопасных, энергосберегающих способов получения водорода химическим разложением воды. // Альтернативная энергетика и экология – ISJAEE. – 2012. – № 4. – С. 49-54.
11. Клиншпонт Э.Р., Рощектаев Б.М., Милинчук В.К. Кинетика накопления водорода при химическом разложении воды в гетерогенных композициях. //Альтернативная энергетика и экология. – ISJAEE. – 2012. – № 9. – С. 116-120.
12. Милинчук В.К., Белозеров В.И., Ананьева О.А., Ларичева Т.Е., Куницына Т.Е. Химическое разложение воды на водород в гетерогенных алюминийсодержащих композициях. // Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика. – 2014. – № 4. – С. 32-38.
13. Милинчук В.К., Клиншпонт Э.Р., Белозеров В.И. Автономный генератор водорода на основе химического разложения воды алюминием. // Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика. – 2015. – № 2. – С. 49-59.
14. Милинчук В.К., Клиншпонт Э.Р., Белозеров В.И., Хаврошина И.С., Садиков Э.И. Превращения покрытий оксида алюминия при имитации факторов ядерных энергетических установок. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2016. – № 2. – С. 45-54.
15. Милинчук В.К., Клиншпонт Э.Р., Белозеров В.И. Генерация водорода гидрогетерогенными композициями с γ-облученным алюминием. // Химия высоких энергий. – 2017. – №2. –С. 19-22.
16. Милинчук В.К., Белозеров В.И., Шилина А.С., Ананьева О.А., Куницына Т.Е., Гордиенко А.Б. Исследование генерации водорода при взаимодействии алюминия с водными растворами. // Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика. – 2013. – № 2. – С. 39-46.

водород алюминий вода борная кислота водный теплоноситель оксидный слой кристаллогидрат метасиликат натрия оксид и гидроксид кальция

Ссылка для цитирования статьи: Салахова А.А., Фирсова А.И., Белозеров В.И., Милинчук В.К. Влияние борной кислоты на генерацию водорода алюминийсодержащими гидрокомпозициями с химическими активаторами. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2018. – № 3. – С. 171-179. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2018.3.15 .