zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-1803Research ArticleСПЕКТРОСКОПИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛSPECTROSCOPY OF SOLIDSВысокотемпературное исследование in situ взаимодействия оксида лантана с фторидным расплавом FLiNaK методом спектроскопии комбинационного рассеяния светаHigh-Temperature Study in situ of Interaction between Lanthanum Oxide and FLiNaK Fluoride Melt by Raman SpectroscopyЗакирьяноваИ. Д.ZakiryanovaI. D.

Екатеринбург

Ekaterinburg

optic96@mail.ruМушниковП. Н.MushnikovP. N.

Екатеринбург

Ekaterinburg

optic96@mail.ruИнститут высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАНInstitute of High-Temperature Electrochemistry, Ural Branch of Russian Academy of Sciences202527032025922170177Copyright © Закирьянова И.Д., Мушников П.Н., 20252025Закирьянова И.Д., Мушников П.Н.Zakiryanova I.D., Mushnikov P.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1803

С помощью спектроскопии комбинационного рассеяния света in situ установлен химический механизм взаимодействия оксида лантана с расплавленной фторидной смесью FLiNaK, перспективной для использования в жидкосолевых ядерных реакторах. Высокотемпературные спектральные исследования, дополненные результатами рентгенофазового анализа и термодинамического моделирования, доказали протекание необратимой гетерогенной реакции La2O3тв + 2LiFр-р → 2LaOFтв + Li2Oр-р. Показано, что продукт реакции (оксифторид лантана LaOF) образует гексагональную (R3m) и тетрагональную (P4/nmm) кристаллические модификации. Получены данные о термическом поведении колебательных мод оксида лантана La2O3 в диапазоне 20—600 ºС и его взаимодействии с парáми воды атмосферы воздуха.

Using in situ Raman spectroscopy, a chemical mechanism for the interaction of lanthanum oxide with a molten fluoride mixture FLiNaK, promising for the use in molten salt nuclear reactors, has been established. High-temperature spectral studies, supplemented with the results of X-ray diffraction and thermodynamic modeling, proved the occurrence of an irreversible heterogeneous reaction La2O3s + 2LiFsol→2LaOFs + Li2Osol. It was shown that in the fluoride system under study, the reaction product (lanthanum oxyfluoride LaOF) forms hexagonal (R3m) and tetragonal (P4/nmm) crystalline modifications. The necessary information on the thermal behavior of vibration modes of lanthanum oxide La2O3 in the range of 20–600 ºС, and the mechanism and its interaction with water vapor in the air atmosphere were obtained.

спектроскопия комбинационного рассеяния светаоксид лантанафторидные расплавыFLiNaKоксифторид лантанагетерогенная реакцияRaman spectroscopylanthanum oxidefluoride meltsFLiNaKlanthanum oxyfluorideheterogeneous reactionReferencesM. Rosenthal, P. Kasten, R. Briggs. Nucl. Appl. Technol., 8 (1970) 107—117, https://doi.org/10.13182/nt70-a28619M. Rosenthal, P. Kasten, R. Briggs. Nucl. Appl. Technol., 8 (1970) 107—117, https://doi.org/10.13182/nt70-a28619Jérôme Serp, Michel Allibert, Ondřej Beneš, Sylvie Delpech, Olga Feynberg, Véronique Ghetta, Daniel Heuer, David Holcomb, Victor Ignatiev, Jan Leen Kloosterman, Lelio Luzzi, Elsa MerleLucotte, Jan Uhlíř, Ritsuo Yoshioka, Dai Zhimin. Prog. Nucl. Energy, 77 (2014) 308—319, https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2014.02.014Jérôme Serp, Michel Allibert, Ondřej Beneš, Sylvie Delpech, Olga Feynberg, Véronique Ghetta, Daniel Heuer, David Holcomb, Victor Ignatiev, Jan Leen Kloosterman, Lelio Luzzi, Elsa MerleLucotte, Jan Uhlíř, Ritsuo Yoshioka, Dai Zhimin. Prog. Nucl. Energy, 77 (2014) 308—319, https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2014.02.014V. V. Ignatiev, M. V. Kormilitsyn, L. A. Kormilitsyna, Yu. M. Semchenkov, Yu. S. Fedorov, O. S. Feinberg, O. V. Kryukov, A. V. Khaperskaya. Sov. At. Energy, 125 (2019) 279—283, https://doi.org/10.1007/s10512-019-00481-wV. V. Ignatiev, M. V. Kormilitsyn, L. A. Kormilitsyna, Yu. M. Semchenkov, Yu. S. Fedorov, O. S. Feinberg, O. V. Kryukov, A. V. Khaperskaya. Sov. At. Energy, 125 (2019) 279—283, https://doi.org/10.1007/s10512-019-00481-wB. Laurenty. The LM-LS Experiment: Investigating Corrosion Control in Liquid Fluoride Salts by Liquid Alkali Metal, Report UCBTH-06-002, University California, Berkeley, http://fhr.nuc.berkeley.edu/wpcontent/uploads/2014/10/06-002_B.Laurenty-MS-report.pdfB. Laurenty. The LM-LS Experiment: Investigating Corrosion Control in Liquid Fluoride Salts by Liquid Alkali Metal, Report UCBTH-06-002, University California, Berkeley, http://fhr.nuc.berkeley.edu/wpcontent/uploads/2014/10/06-002_B.Laurenty-MS-report.pdfJ. Uhlíř. In: Book Molten Salt Reactors and Thorium Energy, Ed. T. Dolan, Woodhead Publishing, Cambridge, UK (2017) 209—230, https://doi.org/10.1016/b978-0-08-101126-3.00008-7J. Uhlíř. In: Book Molten Salt Reactors and Thorium Energy, Ed. T. Dolan, Woodhead Publishing, Cambridge, UK (2017) 209—230, https://doi.org/10.1016/b978-0-08-101126-3.00008-7Eduard Karfidov, Evgueniya Nikitina, Maxim Erzhenkov, Konstantin Seliverstov, Pavel Chernenky, Albert Mullabaev, Vladimir Tsvetov, Peter Mushnikov, Kirill Karimov, Natalia Molchanova, Alexandra Kuznetsova. Materials, 15 (2022) 761—767, https://doi.org/10.3390/ma15030761Eduard Karfidov, Evgueniya Nikitina, Maxim Erzhenkov, Konstantin Seliverstov, Pavel Chernenky, Albert Mullabaev, Vladimir Tsvetov, Peter Mushnikov, Kirill Karimov, Natalia Molchanova, Alexandra Kuznetsova. Materials, 15 (2022) 761—767, https://doi.org/10.3390/ma15030761R. Pshenichny, A. Omelchuk. Russ. J. Inorg. Chem., 57 (2012) 115—119, https://doi.org/10.1134/s0036023612010160R. Pshenichny, A. Omelchuk. Russ. J. Inorg. Chem., 57 (2012) 115—119, https://doi.org/10.1134/s0036023612010160S. Berul, N. Voskresenskaya. Журн. неорг. химии, 8 (1963) 1431—1436 [9] E. Stefanidaki, C. Hasiotis, C. Kontoyannis. Electrochim. Acta, 46 (2001) 2665—2670, https://doi.org/10.1016/S0013-4686(01)00489-3S. Berul, N. Voskresenskaya. Журн. неорг. химии, 8 (1963) 1431—1436Vesna S. Cvetković, Dominic Feldhaus, Nataša M. Vukićević, Tanja S. Barudžija, Bernd Friedrich, Jovan N. Jovićević. Metals, 10 (2020) 576—581, https://doi.org/10.3390/met10050576[9] E. Stefanidaki, C. Hasiotis, C. Kontoyannis. Electrochim. Acta, 46 (2001) 2665—2670, https://doi.org/10.1016/S0013-4686(01)00489-3Xiaoling Guo, Zhi Sun, Jilt Sietsma, Bart Blanpain, Muxing Guo, Yongxiang Yang. Ind. Eng. Chem. Res., 57 (2018) 1380—1388, https://doi.org/10.1021/acs.iecr.7b04125Vesna S. Cvetković, Dominic Feldhaus, Nataša M. Vukićević, Tanja S. Barudžija, Bernd Friedrich, Jovan N. Jovićević. Metals, 10 (2020) 576—581, https://doi.org/10.3390/met10050576O. Takeda, K. Nakano, F. Kobayashi. J. Sust. Metall., 8 (2022) 1498—1508, https://doi.org/10.1007/s40831-022-00617-6Xiaoling Guo, Zhi Sun, Jilt Sietsma, Bart Blanpain, Muxing Guo, Yongxiang Yang. Ind. Eng. Chem. Res., 57 (2018) 1380—1388, https://doi.org/10.1021/acs.iecr.7b04125M. Ambrová, J. Jurišová, A. Sýkorová, D. Uher. Chem. Papers, 62 (2008) 154—159, https://doi.org/10.2478/s11696-008-0005-3O. Takeda, K. Nakano, F. Kobayashi. J. Sust. Metall., 8 (2022) 1498—1508, https://doi.org/10.1007/s40831-022-00617-6M. Ambrová, J. Jurišová, V. Danielik, J. Gabčova. J. Thermal Anal. Calorim., 91 (2008) 569—573, https://doi.org/10.1007/s10973-007-8533-6M. Ambrová, J. Jurišová, A. Sýkorová, D. Uher. Chem. Papers, 62 (2008) 154—159, https://doi.org/10.2478/s11696-008-0005-3Q. Yang, J. Ge, Y. Wang, J. Zhang. Nuclear Technol., 206 (2020) 1769—1777, https://doi.org/10.1080/00295450.2020.1757976M. Ambrová, J. Jurišová, V. Danielik, J. Gabčova. J. Thermal Anal. Calorim., 91 (2008) 569—573, https://doi.org/10.1007/s10973-007-8533-6I. D. Zakiryanova, P. N. Mushnikov, E. V. Nikolaeva, Y. P. Zaikov. Processes, 11 (2023) 988, https://doi.org/10.3390/pr11040988Q. Yang, J. Ge, Y. Wang, J. Zhang. Nuclear Technol., 206 (2020) 1769—1777, https://doi.org/10.1080/00295450.2020.1757976И. Д. Закирьянова. Журн. прикл. спектр., 88, № 4 (2021) 576—581I. D. Zakiryanova, P. N. Mushnikov, E. V. Nikolaeva, Y. P. Zaikov. Processes, 11 (2023) 988, https://doi.org/10.3390/pr11040988И. Д. Закирьянова. Журн. прикл. спектр., 89, № 3 (2022) 341—347I. D. Zakiryanova. J. Appl. Spectr., 88 (2021) 755—760, https://doi.org/10.1007/s10812-021-01236-xI. D. Zakir’yanova. J. Appl. Spectr., 89 (2022) 443—449, https://doi.org/10.1007/s10812-022-01378-6I. D. Zakir’yanova. J. Appl. Spectr., 89 (2022) 443—449, https://doi.org/10.1007/s10812-022-01378-6И. Д. Закирьянова, П. А. Архипов, Д. О. Закирьянов. Журн. прикл. спектр., 82 (2015) 826—831I. D. Zakir’yanova, P. A. Arkhipov, D. O. Zakir’yanov. J. Appl. Spectr., 82 (2016) 301—304, https://doi.org/10.1007/s10812-016-0205-5И. Д. Закирьянова, Е. В. Николаева, А. Л. Бове. Журн. прикл. спектр., 81 (2015) 841—846I. D. Zakir’yanova, E. V. Nikolaeva, A. L. Bove. J. Appl. Spectr., 81 (2015) 919—923, https://doi.org/10.1007/s10812-015-0029-8P. A. Arkhipov, I. D. Zakir’yanova, A. S. Kholkina, I. V. Korzun, A. O. Khudorozhkova. J. Electrochem. Soc., 164 (2017) H5322—H5326, https://doi.org/10.1149/2.0461708jesP. A. Arkhipov, I. D. Zakir’yanova, A. S. Kholkina, I. V. Korzun, A. O. Khudorozhkova. J. Electrochem. Soc., 164 (2017) H5322—H5326, https://doi.org/10.1149/2.0461708jesA. Kataev, O. Tkacheva, I. Zakiryanova, A. Apisarov, A. Dedyukhin, Y. Zaikov. J. Mol. Liq., 231 (2017) 149—153, https://doi.org/10.1016/j.molliq.2017.02.021A. Kataev, O. Tkacheva, I. Zakiryanova, A. Apisarov, A. Dedyukhin, Y. Zaikov. J. Mol. Liq., 231 (2017) 149—153, https://doi.org/10.1016/j.molliq.2017.02.021G. Zong, Z. Zhang, J. Sun, J. Xiao. J. Fluor. Chem., 197 (2017) 134—141, https://doi.org/10.1016/j.jfluchem.2017.03.006G. Zong, Z. Zhang, J. Sun, J. Xiao. J. Fluor. Chem., 197 (2017) 134—141, https://doi.org/10.1016/j.jfluchem.2017.03.006J. Derek, Y. Toshinobu, J. Janz. J. Chem. Eng. Data, 27 (1982) 366—367J. Derek, Y. Toshinobu, J. Janz. J. Chem. Eng. Data, 27 (1982) 366—367В. А. Кочедыков, И. Д. Закирьянова, И. В. Корзун. Аналитика и контроль, 1 (2005) 58—63, http://elar.urfu.ru/handle/10995/58914В. А. Кочедыков, И. Д. Закирьянова, И. В. Корзун. Аналитика и контроль, 1 (2005) 58—63, http://elar.urfu.ru/handle/10995/58914S. Boldish, W. White. Spectrochim. Acta, 35A (1979) 1235—1242, https://doi.org/10.1016/0584-8539(79)80204-4S. Boldish, W. White. Spectrochim. Acta, 35A (1979) 1235—1242, https://doi.org/10.1016/0584-8539(79)80204-4P. A. Arkhipov, I. D. Zakiryanova, A. S. Kholkina, A. V. Bausheva, A. O. Khudorozhkova. Z. Naturforsch., 70 (2015) 851—858, https://doi.org/10.1515/zna-2015-0273P. A. Arkhipov, I. D. Zakiryanova, A. S. Kholkina, A. V. Bausheva, A. O. Khudorozhkova. Z. Naturforsch., 70 (2015) 851—858, https://doi.org/10.1515/zna-2015-0273В. А. Кочедыков, И.Д. Закирьянова, Л. А. Акашев. Аналитика и контроль, 10 (2006) 172—174, http://elar.urfu.ru/handle/10995/58134В. А. Кочедыков, И.Д. Закирьянова, Л. А. Акашев. Аналитика и контроль, 10 (2006) 172—174, http://elar.urfu.ru/handle/10995/58134J. Cui, G. A. Hope. J. Spectrosc. (2015) 940172, http://dx.doi.org/10.1155/2015/940172J. Cui, G. A. Hope. J. Spectrosc. (2015) 940172, http://dx.doi.org/10.1155/2015/940172J. Hölsä, E. Säilynoja, H. Rahiala. Polyhedron., 16 (1997) 3421—3427, https://doi.org/10.1016/s0277-5387(97)00065-xJ. Hölsä, E. Säilynoja, H. Rahiala. Polyhedron., 16 (1997) 3421—3427, https://doi.org/10.1016/s0277-5387(97)00065-xEmille M. Rodrigues, Ernesto R. Souza, Jorge H. S. K. Monteiro, Rafael D. L. Gaspar, Italo O. Mazalia, Fernando A. Sigoli. J. Mater. Chem., 22 (2012) 24109, https://doi.org/10.1039/c2jm34901aEmille M. Rodrigues, Ernesto R. Souza, Jorge H. S. K. Monteiro, Rafael D. L. Gaspar, Italo O. Mazalia, Fernando A. Sigoli. J. Mater. Chem., 22 (2012) 24109, https://doi.org/10.1039/c2jm34901aD. Zakir’yanov. Phys. Chem. Liquids, 63, N 1 (2024) 22—30, https://doi.org/10.1080/00319104.2024.2349767D. Zakir’yanov. Phys. Chem. Liquids, 63, N 1 (2024) 22—30, https://doi.org/10.1080/00319104.2024.2349767 [33]http://www.chemistry-software.comhttp://www.chemistry-software.com

The authors declare that there are no conflicts of interest present.