沉淀法净化熔盐的电化学检测及废物的玻璃化处理

发布时间：2020-04-09 22:51

【摘要】：随着乏燃料干法后处理技术不断深入的研究,熔盐净化的重要性日益凸显出来。针对废熔盐中稀土离子的去除以及熔盐中离子浓度快速检测的困难性的问题,本工作采用沉淀法对熔盐进行净化,并采用电化学方法检测熔盐中的稀土离子浓度。研究内容如下:(1)首先在LiCl-KCl熔盐体系中采用电化学方法如循环伏安、方波伏安、计时电位和开路计时电位等对Dy(Ⅲ)进行定性分析。实验结果表明了在扫速低于100 mV s-1时,Dy(Ⅲ)在钨电极上的氧化还原过程是可逆的,并且受扩散控制,并通过Berzins-Delahay方程计算了 Dy(Ⅲ)在熔盐中的扩散系数。研究了 Dy(Ⅲ)在钨电极上的方波伏安曲线,确定了 Dy(Ⅲ)在钨电极上的还原是一步三电子转移过程Dy(Ⅲ)+3e(?)Dy。此外,定量分析了熔盐中的Dy(Ⅲ),研究了 400 ℃-550 ℃下Dy(Ⅲ)浓度与方波伏安峰值电流密度的关系,并绘制出Dy(Ⅲ)浓度与方波伏安峰值电流密度变化的标准工作曲线,用于快速检测熔盐中稀土 Dy(Ⅲ)离子的浓度,并且给出了标准工作曲线的检测范围。当温度升高时,标准工作曲线的检测范围会变大。(2)为了去除废熔盐中的稀土离子,使废熔盐得以循环利用,分别用无水硅酸钾和无水磷酸钠作为Dy(Ⅲ)的沉淀剂来净化熔盐,并在400 ℃-550 ℃采用方波伏安法实时检测熔盐中Dy(Ⅲ)浓度的变化。随着沉淀剂的加入,方波伏安图Dy(Ⅲ)的峰值电流电流密度逐渐降低。研究发现随着无水磷酸钠的加入,方波伏安峰值电流密度的变化程度比无水硅酸钾加入时更明显。而且,方波伏安的峰电流密度和磷酸钠的加入量成线性关系。可以实现电化学在线检测稀土离子和磷酸钠在熔盐中沉淀反应。然而以无水硅酸钾为沉淀剂进行电化学检测未发现规律性。以无水磷酸钠为沉淀剂净化熔盐过程中产生了淡黄色沉淀,经过过滤,干燥的步骤,然后用X射线衍射法表征,沉淀物为DyP04。沉淀反应的方程式为:P043-+Dy3+=DyP04↓。采用无水磷酸钠做沉淀法净化熔盐,其净化率可以达到99%以上。(3)初步探讨了在实验室的条件下对包含稀土等裂变产物的玻璃化的工艺条件,对熔盐电解过程后净化回收熔盐过程中产生的废物进行了妥善处理。玻璃化的工艺路线为取盐-过滤-加入氧化铝、硼砂进行研磨-高温熔制-程序降温。对得到的玻璃产物进行浸出试验,浸出试验表明玻璃产物中各金属组分的浸出率都在千分之一以内,所以将玻璃进行地质处置时玻璃产物中的有害金属组分不会溶出而污染自然环境。
【图文】：

２．２实验装置逡逑２．２．１实验装置逡逑如图２．１所示，，沉淀反应的场所为一个直径６ｃｍ的坩埚（容量约为１５０ｍｌ）。在实验逡逑过程中，实验时将刚玉坩埚置于刚玉套筒中。这样可以减少在进行电化学测量时实验中逡逑产生的氯气可能会使熔盐发生渗漏对炉膛造成腐蚀，同时也可以阻止外界空气及杂质进逡逑入到熔盐中，对实验产生不利影响，工作电极和辅助电极分别使用刚玉管与石英管保护。逡逑为了防止沉淀时稀土与氧气接触而发生变质，实验应该在氩气保护的环境及手套箱中进逡逑行。逡逑１２逡逑

循环伏安是一种电化学暂态技术，循环伏安进行线性扫描，当达到一定时间后，将逡逑扫描的方向转换。所加的扫描电势为三角波。可以用来判断电化学反应机理。逡逑图３．１代表的是ＬｉＣｌ－ＫＣｌ（３８邋ｇ：４５邋ｇ）熔盐体系中，加入质量分数为１．６％的Ｄｙ（ＩＩＩ）前逡逑后的循环伏安曲线，扫描速度为１００邋ｍＶ邋ｓ＇温度为５００邋°Ｃ，电极为钨丝。图中虚虚线逡逑代表ＬｉＣｌ－ＫＣｌ体系的循环伏安曲线，实线代表ＬｉＣｌ－ＫＣｌ－（ｌ．６邋ｗｔ．邋％）ＤｙＣｌ３熔盐体系的循逡逑环伏安曲线。逡逑１－５逦７—逡逑…ｒ逡逑０．５邋－逦／邋：逡逑＾邋／邋：邋Ｂ＇逡逑§邋０．０邋－邋逦—逡逑－／逡逑－１．０邋－逦／邋Ａ逡逑＿邋Ｊ邋＾邋逦（逦｜逦ｊ逦｜逦｜逦｜逦｜逦｜逦｜逦｜逦）逦｜逦（逦逡逑＇－３．０逦－２．５逦－２．０逦－１．５逦－１．０逦－０．５逦０．０逦０．５逡逑Ｅｒｖｘｓ邋Ａｇ／ＡｇＣｌ逡逑图３．１邋５００邋°Ｃ下ＬｉＣｌ－ＫＣｌ熔盐体系中以惰性电极钨为工作电极（Ｓ＝０．３２２邋ｃｍ２）加入质量分数为１．６％逡逑的ＤｙＣｌ３前后的循环伏安曲线。虚线代表ＬｉＣｌ－ＫＣｌ体系的循环伏安曲线，实线代表ＬｉＣｌ－ＫＣｌ－（１．６逡逑ｗｔ．邋％）ＤｙＣｌ３馆盐体系的循环伏安曲线，扫描速率：１００ｍＶｓ＿１逡逑从图中可以看出：虚线上只有一对还原峰和氧化峰Ａ／Ａ＇，其析出电位为－２．４邋Ｖ，代逡逑表的是：逡逑Ｌｉ（Ｉ）＋ｅ＾Ｌｉ逡逑实线中除了还原氧化峰Ａ／Ａ１，还出现了一对还原氧化峰Ｂ／Ｂ’，还原峰电位为－２．０５逡逑Ｖ左右
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TL24;O657.1

【参考文献】

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4 刘学刚;;乏燃料干法后处理技术研究进展[J];核化学与放射化学;2009年S1期

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本文编号：2621362