Ushbu tadqiqot ishlatilgan yadro yoqilg‘isini pirometallurgik qayta ishlashda eritilgan tuz tarkibida qoladigan zirkoniy va lantanid ionlarini yo‘qotish uchun ikki bosqichli usulni taklif qiladi. Birinchi bosqichda zirkoniy rux bilan birga elektrokimyoviy qaytarilib, volfram katodida Zn₁₄Zr intermetall birikmasi ko‘rinishida to‘planadi. Ikkinchi bosqichda elektrolizdan keyin tuz tarkibida qolgan Zr(IV), yuqori haroratga chidamli 5A molekulyar elak tomonidan ion almashinuvi va g‘ovak ichki diffuziya orqali adsorbsiyalanadi.

Doimiy tokli elektroliz tajribasida zirkoniyni qayta tiklash darajasi %95,83 deb bildirilgan. 5A molekulyar elak alohida qo‘llangan harorat tajribalarida Zr(IV) ni yo‘qotish barcha haroratlarda %96 dan yuqori bo‘lib, eng yuqori qiymat %99,91 ga yetgan. Adsorbsiya muvozanati taxminan 40-50 daqiqa ichida hosil bo‘lgan. Zirkoniy, neodimiy, terbiy, golmiy va tuliy saqlagan ko‘p komponentli model eritilgan tuz tizimida barcha maqsad ionlarning yo‘qotilish darajasi %91 dan yuqori; Tm, Ho va Tb uchun esa %95 dan yuqori bo‘lgan.

Tadqiqot taklif qilgan yondashuv elektrolizning yuqori boshlang‘ich konsentratsiyalarda ta’minlaydigan tez ajratishini, molekulyar elakning past qoldiq konsentratsiyalarda ta’minlaydigan tutib qolishi bilan birlashtiradi. Ushbu ketma-ket jarayon elektrolizning yakuniy bosqichida ion konsentratsiyasi kamaygani sari yuzaga keladigan past tok samaradorligi muammosini kamaytirishga qaratilgan. Biroq tadqiqotda to‘g‘ridan-to‘g‘ri energiya sarfi, jarayon tannarxi yoki elektroliz-tok samaradorligi egri chiziqlari berilmagan.

Tajribalar haqiqiy ishlatilgan yoqilg‘i, radioaktiv tuz yoki aktinid saqlovchi tizimda o‘tkazilmagan. Ishlatilgan muhit ZrCl₄, ZnCl₂ va tanlangan lantanidlar qo‘shilgan model LiCl-KCl eritmasidir. Shu sababli usul haqiqiy yoqilg‘ini qayta ishlash oqimida uran va plutoniydan selektiv ajratish, radiatsiyaga chidamlilik, uzluksiz ishlash, adsorbentni regeneratsiya qilish va sanoat miqyosi bo‘yicha hali tasdiqlanmagan.

Turkiya nuqtai nazaridan: Tadqiqot Turkiyada yadro materiallari kimyosi, yuqori harorat elektrokimyosi, radioaktiv chiqindi tuzlarni tozalash, zeolit asosidagi ion almashinuvi va kelajakdagi yadro yoqilg‘i sikli tadqiqotlari uchun ilmiy ahamiyatga ega. Yondashuvni Turkiya sharoitida baholash uchun avvalo radioaktiv bo‘lmagan model tuzlar bilan mustaqil laboratoriya takrori, so‘ng aktinid saqlovchi litsenziyalangan obyekt tajribalari, radiatsion barqarorlik, korroziya, adsorbentni qayta tiklash, ikkilamchi chiqindi hosil bo‘lishi, jarayon xavfsizligi va hayotiy sikl tahlillari o‘tkazilishi kerak. Ushbu tadqiqotdan Turkiyada qo‘llash mumkin bo‘lgan ishlatilgan yoqilg‘ini qayta ishlash zavodi mavjudligi, usul amaldagi me’yoriy hujjatlarga mosligi, tijorat miqyosida iqtisodiy ishlashi yoki haqiqiy radioaktiv chiqindini xavfsiz tozalash mumkinligi to‘g‘ridan-to‘g‘ri kelib chiqmaydi.

Nega zirkoniyni yo‘qotish talab qilinadi?

Zirkoniy qotishmalari yadro yoqilg‘i tayoqchalarining qoplamalarida ishlatiladigan konstruksion materiallardan biridir. Ishlatilgan yoqilg‘ini qayta ishlash jarayonida qoplamadan kelib chiqadigan zirkoniy jarayon muhitiga o‘tishi mumkin. Tadqiqotga ko‘ra, bu zirkoniy aktinidlarni ajratish va tozalashni qiyinlashtirishi, chiqindi tuz tarkibi va uzoq muddatli boshqaruvini murakkablashtirishi mumkin.

Eritilgan tuz elektrolizi metall ionlarining yuqori haroratli ionli muhitda elektrod yuzasida qaytarilishiga asoslanadi. Zirkoniy konsentratsiyasi yetarlicha yuqori bo‘lganda elektroliz samarali bo‘lishi mumkin; biroq ion miqdori kamaygani sari maqsad ionning katodga yetib borish tezligi kamayadi, yon reaksiyalarning nisbiy ahamiyati oshadi va tok samaradorligi pasayadi. Shu sababli tadqiqotchilar elektrolizni juda past qoldiq konsentratsiyagacha yakka holda davom ettirish o‘rniga elektrolizdan keyin adsorbsiya bosqichini qo‘shgan.

Ikki bosqichli jarayonning ishlash prinsipi

Tadqiqotning 5-sahifasidagi 1-rasm taklif etilgan jarayonni ishlatilgan yoqilg‘ining quruq qayta ishlash oqimiga joylashtiradi. Usul ikki asosiy bosqichdan iborat:

1. Elektrokimyoviy qayta tiklash: Zn(II) va Zr(IV), LiCl-KCl eritmasida volfram katodida birgalikda qaytariladi. Rux zirkoniy bilan Zn₁₄Zr intermetall fazasini hosil qilib, zirkoniyning elektrod yuzasida ushlanishini osonlashtiradi.
2. Yuqori haroratli adsorbsiya: Elektrolizdan keyin eritmada qolgan Zr(IV) ga 5A molekulyar elak qo‘shiladi. Zr⁴⁺, elak tuzilishidagi Ca²⁺ va Na⁺ ionlari bilan almashinadi, g‘ovaklar ichiga kirib boradi va tuzilma kislorodlari bilan Zr-O bog‘lari hosil qiladi.

Ushbu yondashuvning asosiy mantiqi yuqori konsentratsiyadagi zirkoniyni elektroliz orqali qayta tiklash va elektroliz samarasizlashadigan past qoldiq konsentratsiyasini adsorbsiya orqali yo‘qotishdir.

Tajriba muhiti va elektrod tizimi

Suvsiz LiCl-KCl aralashmasi korund tigelda tayyorlangan va qoldiq namlikni yo‘qotish uchun 453 K da, ya’ni taxminan 180 °C da 48 soat vakuum ostida quritilgan. Aralashma keyin 773 K gacha, taxminan 500 °C gacha qizdirilib eritilgan. Zirkoniy va rux manbalari sifatida analitik tozalikdagi ZrCl₄ va ZnCl₂ ishlatilgan.

Eritilgan tuzdagi istalmagan elektrofaol turlarni kamaytirish maqsadida tajribalardan oldin −2,20 V potensialda ikki soat oldindan elektroliz o‘tkazilgan. Elektrokimyoviy tajribalar uch elektrodli tizimda bajarilgan:

• Ishchi elektrod: %99,99 tozalikdagi volfram sim, faol yuza 0,312 cm².
• Qarshi elektrod: 4 mm diametrli yuqori tozalikdagi grafit tayoq.
• Etalon elektrod: Ag/AgCl tizimi.
• Elektrokimyoviy ish stansiyasi: PARSTAT 4000A.
• Asosiy tajriba harorati: 773 K, taxminan 500 °C.

LiCl va KCl ning aniq mol yoki massa nisbati asosiy matnda ochiq berilmagan, faqat evtektik aralashma ekani ko‘rsatilgan. Ushbu yetishmovchilik tajribani aynan takrorlashni cheklaydi.

Rux ionlarining elektrokimyoviy xatti-harakati

Tadqiqotning 11-sahifasidagi 2(a-c)-rasm Zn(II) ning volfram elektroddagi xatti-harakatini ko‘rsatadi. Bo‘sh LiCl-KCl tizimida taxminan −2,5 V da Li(I)/Li juftiga tegishli redoks signallari kuzatilgan. ZnCl₂ qo‘shilganda −0,86 bilan −0,63 V orasida Zn(II) ning qaytarilishi va metall ruxning qayta oksidlanishi bilan bog‘liq yangi piklar jufti hosil bo‘lgan.

Katodik pik toki bilan skanerlash tezligining kvadrat ildizi o‘rtasida chiziqli bog‘lanish topilishi Zn(II) qaytarilishining massa ko‘chishi va diffuziya bilan boshqarilishini ko‘rsatadi, deb talqin qilingan. Ochiq zanjir xronopotensiometriyasida taxminan −0,73 V dagi plato ham Zn(II)/Zn muvozanatiga bog‘langan.

Zirkoniyning ikki bosqichli qaytarilishi

ZrCl₄ qo‘shilganda −1,08 bilan −0,75 V orasida ikkita alohida redoks jufti aniqlangan. Tadqiqotchilar bu signallarni quyidagi ketma-ket mexanizm bilan izohlaydi:

\[ \mathrm{Zr(IV)} \rightarrow \mathrm{Zr(II)} \rightarrow \mathrm{Zr(0)} \]

Birinchi elektrokimyoviy bosqich Zr(IV)/Zr(II), yanada manfiy potensialdagi ikkinchi bosqich esa Zr(II)/Zr(0) juftiga tegishli deb belgilangan. Ochiq zanjir o‘lchovlarida ham zirkoniyga tegishli ketma-ket ikkita potensial platosi ko‘rilishi ikki bosqichli qaytarilish talqinini qo‘llab-quvvatlagan.

Skanerlash tezligi tajribalarida katodik pik tokining skanerlash tezligining kvadrat ildizi bilan chiziqli o‘zgarishi Zr(IV) ning volframda qaytarilishi ham eritmadagi ion diffuziyasi bilan boshqariladi, deb baholangan.

Zn-Zr birgalikda qaytarilishi va Zn14Zr hosil bo‘lishi

Zn(II) bilan Zr(IV) bir xil eritmada bo‘lganda, alohida Zn va Zr redoks signallariga qo‘shimcha ravishda taxminan −0,77 V da yangi ochiq zanjir platosi paydo bo‘lgan. Ushbu signal Zn-Zr intermetall fazasining hosil bo‘lishi va erishi bilan bog‘langan.

Katodik potensial chegarasining −1,20 V bilan cheklanishi yanada manfiy potensialda yuz berishi mumkin bo‘lgan litiy cho‘kishini bostirgan hamda Zn, Zr va Zn-Zr turlariga tegishli maqsad signallarni aniqroq kuzatishga imkon bergan.

Turli haroratlardagi o‘lchovlar va Zn-Zr faza diagrammasining talqini natijasida hosil bo‘lgan faza Zn₁₄Zr ekani bildirilgan. Intermetall birikmaning faolligi bilan potensial orasidagi munosabat quyidagicha berilgan:

\[ \mathrm{emf}=\Delta E=-\frac{RT}{nF}\log \gamma_{\mathrm{Zr}} \]

Bu yerda R gaz doimiysini, T haroratni, n ko‘chirilgan elektronlar sonini, F Faraday doimiysini va \(\gamma_{\mathrm{Zr}}\) intermetall fazadagi zirkoniy faolligini ifodalaydi. Tenglamadagi “log” ifodasining naturalmi yoki o‘nlik asosdami ishlatilgani tushuntirilmagan; o‘nlik logarifm ishlatilsa, aylantirish koeffitsiyenti kerak bo‘ladi.

Zn₁₄Zr hosil bo‘lishining Gibbs erkin energiyasi:

\[ \Delta G_{\mathrm{Zn_{14}Zr}}=-nF\Delta E \]

tenglamasi bilan hisoblangan. Tadqiqot Zn₁₄Zr uchun hosil bo‘lish entalpiyasi va entropiyasini mos ravishda −158,13 kJ/mol va −15,869 J/(mol·K) deb bildiradi. Hisobning oraliq potensial qiymatlari S1-jadvalda bo‘lgani uchun asosiy fayl orqali qayta hisoblash mumkin emas.

Zirkoniyning termodinamik qiymatlari

Zr(IV)/Zr(II) juftining ko‘rinadigan standart potensiali haroratga bog‘liq ravishda quyidagi munosabat bilan berilgan:

\[ E_{\mathrm{Zr(IV)/Zr(II)}}^{*0} =-2{,}330+6{,}16\times10^{-4}T \]

Bu yerda potensial Cl₂/Cl⁻ juftiga nisbatan voltlarda, harorat esa kelvinda ifodalanadi.

Termodinamik hisoblarda:

\[ \Delta G^{*0}=-nFE^{*0} \]

va

\[ \Delta G^{*0}=\Delta H^{*0}-T\Delta S^{*0} \]

munosabatlari ishlatilgan. Matn ZrCl₄ qaytarilishi uchun entalpiya o‘zgarishini −647,306 kJ/mol va entropiya o‘zgarishini −177,900 J/(mol·K) deb beradi. Biroq 15-sahifadagi 3(b)-rasmda chiziq kesishish qiymati taxminan −673,306 kJ/mol ko‘rinadi. Shu sababli entalpiya qiymatini matn va grafik o‘rtasida tekshirish kerak.

Diffuziya koeffitsiyentlari qanday hisoblangan?

Zn(II) va Zr(IV) uchun diffuziya koeffitsiyentlari eruvchan-erimaydigan turlarning voltammetrik xatti-harakatida ishlatiladigan Berzins-Delahay tenglamasi bilan hisoblangan:

\[ I_p=-0{,}61AC_0(nF)^{3/2} \left(\frac{Dv}{RT}\right)^{1/2} \]

Bu yerda \(I_p\) katodik pik toki, \(A\) elektrod maydoni, \(C_0\) boshlang‘ich konsentratsiya, \(D\) diffuziya koeffitsiyenti va \(v\) skanerlash tezligidir.

Haroratga bog‘liq diffuziya koeffitsiyentlari Arrhenius tenglamasi bilan baholangan:

\[ D=D_0\exp\left(-\frac{E_a}{RT}\right) \]

\[ \ln D=\ln D_0-\frac{E_a}{RT} \]

S1-rasm va S2-rasm asosiy faylda bo‘lmagani uchun turli harorat va skanerlash tezliklaridagi barcha xom voltammogrammalar mustaqil tekshirilmagan.

Doimiy potensial elektrolizi

Zn₁₄Zr hosil bo‘lishini tasdiqlash uchun 773 K da −0,80 V doimiy potensialda 15 soat elektroliz o‘tkazilgan. Tadqiqotning 17-sahifasidagi 4-rasmda:

• SEM-EDS xaritalarida Zn va Zr elektrod yuzasida tarqalganligi,
• XRD naqshida metall Zn va Zn₁₄Zr piklari mavjudligi,
• XPS o‘lchovlarida Zn 2p va Zr 3d signallari ko‘ringanligi

bildirilgan. Ushbu uch usul birgalikda elektrodda Zn₁₄Zr saqlovchi mahsulot hosil bo‘lganini qo‘llab-quvvatlaydi.

Doimiy tok elektrolizi va %95,83 qayta tiklash

Ikkinchi tajriba 773 K da, 100 mA doimiy tok bilan 18 soat davom ettirilgan. 18-sahifadagi 5-rasmning SEM-EDS, XRD va XPS natijalari ham Zn va Zn₁₄Zr saqlagan elektroliz mahsulotini ko‘rsatadi.

Elektrolizdan oldin va keyin eritmadagi zirkoniy miqdori ICP-OES bilan o‘lchangan va o‘rtacha zirkoniy qayta tiklash darajasi %95,83 deb bildirilgan. Biroq:

• Takrorlar soni tushuntirilmagan.
• Standart og‘ish yoki ishonch oralig‘i berilmagan.
• Tok samaradorligining vaqt bo‘yicha o‘zgarishi ko‘rsatilmagan.
• Elektr energiyasi sarfi o‘lchanmagan.
• Katoddagi umumiy Zn-Zr massasi bilan eritma tahlilining to‘liq massa balansi taqdim etilmagan.

Shu sababli %95,83 qiymati tadqiqot tajriba sharoitlari uchun muhim natijadir; biroq jarayonning energiya samaradorligi yoki masshtablanuvchanligi haqida yakka holda yetarli emas.

5A molekulyar elak bilan yuqori haroratli adsorbsiya

Adsorbsiya tajribalarida 6 g oldindan quritilgan 5A molekulyar elak eritilgan tuzga qo‘shilgan va tizim 110 rpm tezlikda aralashtirilgan. Ma’lum vaqtlarda yuqori fazadan namuna olinib, tortilgan, belgilangan hajmgacha suyultirilgan va metall ionlari konsentratsiyalari ICP-OES bilan o‘lchangan.

Adsorbsiya sig‘imi quyidagi tenglama bilan hisoblangan:

\[ Q=\frac{(C_0-C)v}{m} \]

Bu yerda \(C_0\) va \(C\), eritilgan tuzdagi boshlang‘ich va yakuniy metall konsentratsiyalarini; \(v\), namuna yoki eritma massasini; \(m\), adsorbent massasini; \(Q\) esa mg/g birligidagi adsorbsiyalangan miqdorni ifodalaydi.

Yo‘qotish darajasi tadqiqotda:

\[ R=\frac{C_0-C}{C_0} \]

deb yozilgan. Natijani foiz ko‘rinishida berish uchun tenglamani \(100\) ga ko‘paytirish kerak:

\[ R(\%)=\frac{C_0-C}{C_0}\times100 \]

Haroratning adsorbsiyaga ta’siri

773, 798, 823 va 848 K haroratlarda bajarilgan tajribalar dastlab tez, keyin esa sekinlashuvchi adsorbsiya egri chizig‘ini ko‘rsatgan. Muvozanat taxminan 40 daqiqa ichida hosil bo‘lgan.

5A molekulyar elakning Zr(IV) ni yo‘qotish samaradorligi barcha haroratlarda %96 dan yuqori bo‘lib, eng yuqori qiymat %99,91 bo‘lgan. Tadqiqot haroratning adsorbsiyaga sezilarli ta’siri yo‘qligini bildiradi. Biroq bu bahoni qo‘llab-quvvatlaydigan statistik ahamiyat testi yoki dispersiya tahlili berilmagan.

Bo‘shlang‘ich zirkoniy miqdorining ta’siri

Bo‘shlang‘ich Zr(IV) darajasi 1,831 bilan 6,435 mg/g orasida o‘zgartirilgan. Barcha tajribalarda muvozanatga taxminan 50 daqiqa ichida erishilgan.

Ushbu seriyada eng yuqori yo‘qotish darajasi %98,62 deb berilgan. Adsorbsiya sig‘imining boshlang‘ich zirkoniy miqdori bilan deyarli chiziqli ortishi tekshirilgan oraliqda molekulyar elak to‘yinganlikka yetmagan deb talqin qilingan.

Biroq eritilgan tuzning umumiy massasi va tajriba idishidagi to‘liq material balansi tushuntirilmagani sababli sig‘im hisobining barcha oraliq bosqichlarini asosiy matndan qayta tiklab bo‘lmaydi.

Adsorbsiya kinetikasi

Tajriba ma’lumotlari psevdobirinchi tartib, psevdodikkinchi tartib va Weber-Morris g‘ovak ichki diffuziya modellari bilan baholangan. Psevdodikkinchi tartib modeli barcha boshlang‘ich konsentratsiyalarda yuqoriroq R² qiymatiga ega bo‘lgani bildirilgan. Tadqiqotchilar buni kimyoviy adsorbsiya tezlikni belgilovchi jarayon ekanini ko‘rsatadi, deb talqin qilgan.

Biroq faqat bitta kinetik modelning yuqoriroq R² berishi mexanizmni yakka holda isbotlamaydi. Tadqiqotdagi ion konsentratsiyasi, XPS va EDS topilmalari ion almashinuvi talqinini qo‘shimcha ravishda qo‘llab-quvvatlaydi.

Weber-Morris modelida:

\[ Q_t=k_i t^{1/2}+C \]

tenglamasi ishlatilgan. Bu yerda \(k_i\), g‘ovak ichki diffuziya tezlik doimiysini; \(C\), chegara qatlam ta’sirini ifodalaydi.

Adsorbsiya uch bosqichli deb talqin qilingan:

1. Zr(IV) ning molekulyar elak tashqi yuzasidagi faol markazlarga tez bog‘lanishi.
2. Ionlarning g‘ovak tarmog‘i ichiga kirib boradigan sekinroq g‘ovak ichki diffuziyasi.
3. Ichki sohalar to‘lishi bilan tezlik pasayadigan muvozanat bosqichi.

Ion almashinuvi mexanizmi

5A molekulyar elak karkasida zaryadni muvozanatlashtiruvchi Ca²⁺ va Na⁺ ionlari mavjud. Adsorbsiya vaqtida eritmadagi Zr(IV) konsentratsiyasi tez kamaygan bir paytda Ca(II) va Na(I) konsentratsiyalari oshgan. Qarama-qarshi yo‘nalishdagi bu o‘zgarish Zr⁴⁺ ionlari molekulyar elak ichidagi Ca²⁺ va Na⁺ ionlari bilan almashadi degan talqinni qo‘llab-quvvatlaydi.

23-sahifadagi 7-rasmda adsorbsiyadan keyin:

• Zr molekulyar elak zarrachasi bo‘ylab tarqalganligi,
• Ca signali sezilarli kamayganligi,
• Na signali aniqlanmaydigan darajagacha tushganligi,
• molekulyar elak zarrachalari umumiy morfologiyasini saqlab qolganligi

ko‘rsatilgan.

XRD va XPS topilmalari

25-sahifadagi 8-rasm turli harorat va zirkoniy miqdorlarida ishlov berilgan 5A molekulyar elakning XRD naqshlari va XPS spektrlarini ko‘rsatadi.

XRD natijalari asosiy 5A kristall tuzilmasi yuqori haroratli LiCl-KCl muhitida katta darajada saqlanganini va adsorbsiyadan keyin yangi piklar hosil bo‘lganini ko‘rsatadi. Yangi kristall fazaning kimyoviy formulasi aniq belgilanmagan.

XPS tahlilida:

• Adsorbsiyadan keyin taxminan 180 eV atrofida Zr 3d signali hosil bo‘lgan.
• Na 1s signali deyarli butunlay yo‘qolgan.
• Ca 2p piklarining intensivligi sezilarli kamaygan.
• O 1s spektrida taxminan 530,8 eV da yangi komponent paydo bo‘lib, Zr-O bog‘iga tegishli deb belgilangan.

Ushbu topilmalar zirkoniy faqat tashqi yuzada fizik tarzda ushlanmaganini; karkas kationlari bilan almashganini va molekulyar elak kislorodlari bilan kimyoviy o‘zaro ta’sirga kirishganini qo‘llab-quvvatlaydi.

Ko‘p komponentli lantanid tajribasi

Haqiqiy yoqilg‘i tuzining murakkabligini qisman ifodalash uchun Zr dan tashqari to‘rtta tipik lantanid ishlatilgan:

• Neodimiy, Nd.
• Terbiy, Tb.
• Golmiy, Ho.
• Tuliy, Tm.

27-sahifadagi 9-rasm va 10-rasmga ko‘ra, barcha maqsad ionlarning yo‘qotish darajasi %91 dan yuqori bo‘lgan. Tm, Ho va Tb uchun ko‘rsatkichlar %95 dan oshgan. SEM-EDS xaritalarida Zr, Nd, Tb, Tm va Ho molekulyar elak bo‘ylab tarqalgani; XPS spektrlarida ushbu elementlarga tegishli yangi signallar paydo bo‘lishi bilan birga Na va Ca signallari kamaygani ko‘rilgan.

Ushbu tajriba 5A molekulyar elak bir xil muhitda bir nechta metall ionlarini tutib qola olishini ko‘rsatadi. Biroq tadqiqot:

• Ionlar orasidagi haqiqiy selektivlik koeffitsiyentlarini,
• Har bir ion uchun alohida adsorbsiya sig‘imini,
• Aktinidlar mavjud bo‘lgandagi raqobatni,
• Barcha parchalanish mahsulotlarini,
• Korroziya va tuz tarkibi o‘zgarishining ta’sirini

o‘rganmagan.

Umumiy zirkoniy yo‘qotish qanday hisoblanishi mumkin?

Ikki bosqichli jarayonda umumiy yo‘qotish ikkinchi bosqichning boshlang‘ich umumiy zirkoniyga emas, balki elektrolizdan keyin qolgan miqdorga qo‘llanishi orqali hisoblanadi:

\[ R_{\mathrm{toplam}} =1-(1-R_{\mathrm{elektroliz}}) (1-R_{\mathrm{adsorpsiyon}}) \]

Elektroliz samaradorligi %95,83 va adsorbsiya samaradorligi %96 deb olinsa:

\[ R_{\mathrm{toplam}} =1-(1-0{,}9583)(1-0{,}96) =0{,}998332 \]

Bu qiymat %99,8332 bo‘lib, 1-rasmdagi %99,83 qiymatiga mos keladi.

Adsorbsiyaning bildirilgan eng yuqori qiymati %99,91 ishlatilsa:

\[ R_{\mathrm{toplam}} =1-(1-0{,}9583)(1-0{,}9991) =0{,}99996247 \]

Bu qiymat taxminan %99,996 bo‘lib, “%99,99 dan yuqori” ifodasi bilan mos. Biroq eng yuqori elektroliz va eng yuqori adsorbsiya natijalari bir xil ketma-ket tajribada olingani ko‘rsatilmagan. 9(b)-rasmdagi taxminan %99,39 qiymati esa ushbu ikki hisob bilan izohlanmaydi.

Rasmlarning asosiy xabarlari

• 1-rasm, 5-sahifa: Quruq yoqilg‘ini qayta ishlash oqimida elektroliz va 5A molekulyar elak adsorbsiyasining ketma-ket qo‘llanishini ko‘rsatadi.
• 2-rasm, 11-sahifa: Zn(II), Zr(IV) va Zn-Zr tizimlarining voltammetriya va ochiq zanjir potensial natijalarini ko‘rsatadi.
• 3-rasm, 15-sahifa: Zirkoniyning termodinamik parametrlarini hamda Zn(II) va Zr(IV) diffuziya hisoblarini ko‘rsatadi.
• 4-rasm, 17-sahifa: Doimiy potensial elektroliz mahsulotidagi Zn va Zn₁₄Zr fazalarini SEM-EDS, XRD va XPS bilan tasdiqlaydi.
• 5-rasm, 18-sahifa: Doimiy tokli elektroliz mahsulotining o‘xshash Zn-Zr tarkibini ko‘rsatadi.
• 6-rasm, 20-sahifa: Harorat va boshlang‘ich zirkoniy miqdoriga bog‘liq adsorbsiya egri chiziqlari hamda yo‘qotish darajalarini ko‘rsatadi.
• 7-rasm, 23-sahifa: Kinetik model mosliklarini, uch bosqichli diffuziyani, Ca/Na-Zr almashinuvini va adsorbsiyadan oldingi-keyingi EDS xaritalarini ko‘rsatadi.
• 8-rasm, 25-sahifa: 5A tuzilmasining saqlanishi, Na va Ca yo‘qolishi hamda Zr-O bog‘i hosil bo‘lishini qo‘llab-quvvatlovchi XRD-XPS natijalarini ko‘rsatadi.
• 9-rasm, 27-sahifa: Zr va to‘rtta lantanid uchun yo‘qotish natijalari hamda adabiyot bilan taqqoslashni ko‘rsatadi.
• 10-rasm, 27-sahifa: Ko‘p elementli adsorbsiyadan keyin Zr, Nd, Tb, Tm va Ho tarqalishi hamda kimyoviy signallarini ko‘rsatadi.

Tadqiqotning kuchli tomonlari

• Elektroliz bilan adsorbsiyani bir xil ketma-ket ajratish strategiyasida birlashtiradi.
• Zn(II) va Zr(IV) ning elektrokimyoviy xatti-harakatini voltammetriya va ochiq zanjir potensiali orqali o‘rganadi.
• Elektroliz mahsulotini SEM-EDS, XRD va XPS bilan ko‘p usulda tasdiqlaydi.
• Zirkoniyning haroratga bog‘liq diffuziya va termodinamik xususiyatlarini baholaydi.
• Adsorbsiya sig‘imi, yo‘qotish darajasi va kinetik bosqichlarini o‘lchaydi.
• Ion almashinuvi mexanizmini eritmadagi Ca va Na ortishi hamda qattiq fazadagi XPS o‘zgarishlari bilan qo‘llab-quvvatlaydi.
• Yakka elementli tajribadan tashqari to‘rtta lantanid saqlovchi aralash tizimni ham sinaydi.

Tadqiqotning cheklovlari va tuzatishni talab qiladigan jihatlar

• Tadqiqot hakamlar ko‘rigidan o‘tmagan preprintdir.
• Haqiqiy ishlatilgan yoqilg‘i, radioaktiv eritilgan tuz yoki aktinid saqlovchi namuna ishlatilmagan.
• Uran va plutoniy mavjudligida selektivlik ko‘rsatilmagan.
• Radiatsion barqarorlik tajribasi o‘tkazilmagan.
• Uzluksiz oqim, siklik foydalanish yoki pilot miqyosli tizim qurilmagan.
• Molekulyar elakni qayta ishlatish, regeneratsiya qilish va foydalanilgandan keyingi chiqindiga aylantirish o‘rganilmagan.
• Elektroliz uchun 15-18 soatlik ishlov vaqtlarining jarayon samaradorligi baholanmagan.
• Energiya sarfi va haqiqiy tok samaradorligi o‘lchanmagan.
• Tajriba takrorlari soni va statistik noaniqliklar yetarlicha tushuntirilmagan.
• LiCl/KCl aralashmasining aniq nisbati va ayrim massa balansi tafsilotlari berilmagan.
• S1-S2 rasmlar va S1-S2 jadvallar asosiy faylda mavjud emas.
• Umumiy zirkoniy yo‘qotish uchun %99,39, %99,83 va %99,99 dan yuqori bo‘lgan turli qiymatlar berilgan.
• ZrCl₄ qaytarilish entalpiyasi matn va 3(b)-rasm o‘rtasida mos emas.
• 12-tenglamada foiz ko‘paytiruvchisi yetishmaydi.
• Psevdobirinchi va psevdodikkinchi tartib kinetik modellari uchun berilgan ayrim manbalar mavzuga mos ko‘rinmaydi.
• Xulosa bo‘limidagi “nurlanish sharoitlari” ifodasi tadqiqotda o‘tkazilgan tajribalar bilan qo‘llab-quvvatlanmaydi.

Tadqiqot nimani qo‘llab-quvvatlaydi?

Tadqiqot Zn(II) bilan Zr(IV) ni LiCl-KCl eritmasida birgalikda elektroliz qilish orqali Zn₁₄Zr saqlovchi mahsulot hosil qilish mumkinligini va laboratoriya sharoitida zirkoniyning taxminan %95,83 ini eritmadan yo‘qotish mumkinligini qo‘llab-quvvatlaydi. Shuningdek, 5A molekulyar elak qolgan Zr(IV) ni yuqori darajada tutib qola olishini, Ca va Na ion almashinuvi ushbu jarayonda muhim rol o‘ynashini va tanlangan lantanidlarni ham shu adsorbent tutib qolishi mumkinligini ko‘rsatadi.

Tadqiqot nimani isbotlamaydi?

Tadqiqot usul haqiqiy ishlatilgan yadro yoqilg‘isida, kuchli radiatsiya ostida yoki aktinidlar mavjud sanoat qayta ishlash liniyasida xuddi shu samaradorlikni ta’minlashini isbotlamaydi. Shuningdek, %99,99 dan yuqori umumiy yo‘qotish takrorlanuvchi pilot jarayon qiymati ekani, 5A molekulyar elakni cheksiz marta ishlatish mumkinligi, usul iqtisodiy ekani, energiya sarfini kamaytirishi yoki zirkoniy va lantanid yuklangan adsorbentni xavfsiz utilizatsiya qilish mumkinligi ham ushbu tadqiqotdan kelib chiqmaydi.

Tadqiqot usuli va natijalari

Tajriba materiallari va asosiy sharoitlar

Elektrokimyoviy tajribalar

Adsorbsiya tajribalari

Ko‘p elementli tajriba xulosasi

Ushbu qiymatlar bitta aralash tizimning laboratoriya natijalaridir. Har bir ion uchun muvozanat sig‘imi, selektivlik koeffitsiyenti va aktinidlar bilan raqobat o‘lchanmagan.

Asosiy topilmalarning umumiy xulosasi

Manba va usul haqida izoh

Tadqiqotning to‘liq asl nomi:Molten salt electrolysis coupled with 5A molecular sieve high-temperature adsorption for ultra-deep removal of zirconium and lanthanides in spent fuel pyroprocessing

Mualliflar va tartibi: Zepeng Wang; Zhifeng Tu; Zhimin Dong; Zhibin Zhang; Yunhai Liu; Yingcai Wang.

Teng hissa qo‘shgan mualliflar haqida ma’lumot: Tadqiqotda teng hissa yoki qo‘shma birinchi mualliflik haqida ma’lumot berilmagan.

Mas’ul muallif: Yingcai Wang.

Muassasa: National Key Laboratory of Uranium Resources Exploration-Mining and Nuclear Remote Sensing, East China University of Technology, Nanchang, 330013, Xitoy.

Manba turi: Eritilgan tuz elektrokimyosi, doimiy potensial va doimiy tok elektrolizi, yuqori harorat adsorbsiyasi va ko‘p usulli material xarakterizatsiyasini o‘z ichiga olgan eksperimental preprint tadqiqot maqolasi.

Mavzu sohasi: Yadro yoqilg‘i sikli, ishlatilgan yoqilg‘ini pirometallurgik qayta ishlash, eritilgan tuz elektrokimyosi, zirkoniyni qayta tiklash, lantanidlarni ajratish va zeolit adsorbsiyasi.

Hakamlik holati: Tadqiqot hakamlik baholashidan o‘tmagan. Yuklangan faylning har bir sahifasida preprint va hakamlik ogohlantirishi mavjud.

Nashr platformasi: SSRN.

Platforma ta’minotchisi: Elsevier SSRN Preprint Services.

SSRN ro‘yxat raqami: 7194886.

DOI:10.2139/ssrn.7194886

Rasmiy havola:SSRN ro‘yxat sahifasi

Nashr yili: 2026.

Jurnal: Hakamlik jurnalida nashr etilgani tasdiqlanmagan.

Asl jurnal nashriyoti: Tasdiqlangan hakamlik jurnali yoki jurnal nashriyoti mavjud emas. SSRN hakamlik jurnali sifatida taqdim etilmasligi kerak.

Moliyalashtirish: Tadqiqot Jiangxi Provincial Outstanding Young Scientist Fund tomonidan 20252BAC220004 raqamli grant va National Natural Science Foundation of China tomonidan 22366005 raqamli grant bilan moliyalashtirilgan.

Manfaatlar to‘qnashuvi: Mualliflar tadqiqotga ta’sir qilishi mumkin bo‘lgan ma’lum moliyaviy manfaat yoki shaxsiy munosabat bildirmagan.

Ma’lumot va kodga kirish: Asosiy matnda ochiq ma’lumotlar ombori, xom ma’lumot havolasi yoki dasturiy kod almashinuvi ko‘rsatilmagan.

Qo‘shimcha ma’lumot cheklovi: Asosiy matnda havola berilgan S1-S2 rasmlar va S1-S2 jadvallar yuklangan faylda yo‘q. Shu sababli ayrim xom voltammetrik egri chiziqlar, haroratga bog‘liq muvozanat potensiallari va termodinamik oraliq hisoblar to‘liq tasdiqlanmagan.

Ushbu o‘zbekcha izoh yuklangan tadqiqotning barcha asosiy matni, 10 asosiy rasmi, 13 tenglamasi, elektrokimyoviy tajribalari, adsorbsiya ma’lumotlari, SEM-EDS, XRD va XPS natijalari asosida tayyorlangan. Ilmiy mazmun tadqiqotda berilgan topilmalar bilan cheklangan; tashqi manbalar faqat sarlavha, DOI, platforma va nashr holatining bibliografik tekshiruvi uchun ishlatilgan.

Natijalarni baholashda tajribalar haqiqiy ishlatilgan yoqilg‘i yoki radioaktiv tuzda bajarilmagani, aktinid selektivligi sinovdan o‘tkazilmagani, radiatsiya va uzluksiz ishlash tajribalari yo‘qligi, takror-statistika tafsilotlari cheklangani va umumiy yo‘qotish darajalari matn bilan rasmlar orasida nomuvofiq berilgani hisobga olinishi kerak.