乏燃料中稀土在熔盐中电沉积过程机理研究

发布时间：2022-02-10 06:40

　　近年来,熔盐电解法在诸多领域获得了广泛应用,其中最引人注目的是高温冶金乏燃料干法后处理技术,采用LiCl-KCl共晶熔盐体系,通过电解精炼和共沉积方法,将锕系元素与裂变产物分离。约占裂变产物四分之一的稀土因其是中子毒剂阻碍核裂变而成为核燃料循环过程中最有害的产物。但锕系元素和稀土元素的化学和电化学性质非常相近,导致它们极其难以分离。因此,需要通过详尽的电化学研究,寻找锕系元素和稀土元素在熔盐中电沉积过程的差异,从而建立合适的熔盐电解分离方法。另一方面,基于相似的电化学行为,人们可以通过研究稀土元素来模拟和预测锕系元素在熔盐中的电沉积过程,开发出新型的分离流程并建立标准的放射性元素研究模型。为此,本文以稀土为研究对象,考察稀土离子在LiCl-KCl熔盐体系中电化学性质和电沉积过程,并尝试采用共沉积法从熔盐中提取稀土元素,为分离和提取锕系元素提供详尽的基础数据和有效的提取方法。本文主要进行了两方面的基础研究工作。1.研究了 5种稀土离子（镧、钕、钆、铒和钇）在LiCl-KCl熔盐中的电化学性质,采用不同的电化学方法测定了相关的热力学和动力学数据,并考察了稀土离子在钼电极上电结晶过程的机理和... 

【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省211工程院校

【文章页数】：148 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１标准ＰＵＲＥＸ流程示意图??

比电极均为此Ａｇ／ＡｇＣｌ参比电极。??２．２．３电解池??图２．１是实验过程中电解池的示意图。??参比研究辅助??氩气入口國Ｄ?［ｊ?氣气出口??—讓！雪＿??石英套刚玉■??电炉??图２．１电解池的实验装置??Ｆｉｇ．?２．１?Ａｐｐａｒａｔｕｓ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃｅｌｌ??２．３分析表征方法??本论文所使用的主要分析表征仪器有以下几种：??（１）?Ｘ－射线粉末衍射仪（ＸＲＤ）：样品的ＸＲＤ测试是在日本理学Ｒｉｇａｋｕ?ＲＡＸＩＳ－ＲＡＰＩＤ??ＩＰ衍射仪上进行的，测试条件为：Ｃｕ－Ｋａ福射，波长又＝０．１５４０５?ｎｍ，测试电压和电流??分别为４０ｋＶ和２０?ｍＡ。广角扫描范围２０?＝?１０°￣８０。，扫描速度为１０°／ｍｉｎ９??（２）

??图３．４中峰的形状不对称，右边明显窄于左边。这是由于在异相电极上生成新的固??相物质时，需要提供成核过电位，导致析出电位负移，即成核效应。由于Ｌａ（ｍ）离子还??原过程的可逆性暂不确定，所以需要验证方波伏安法是否适用于计算该过程的转移电子??数。作频率的平方根与峰电流密度的关系曲线（见图３．４中的插图），图中通过原点的商??线表明方波伏安法可用于计算Ｌａ（ＩＩＩ）离子还原过程中的转移电子数。在计算过程中，只??采用左半边的半峰宽度，以消除成核效应的影响（如图所示）。通过计算，得到转移电??子数《等于２．８１，接近３，表明Ｌａ（ＩＩＩ）离子通过一步反应，接受３电子生成金属镧。??综上所述，作者确定Ｌａ（ｍ）离子在ＬｉＣｌ－ＫＣｌ共晶熔盐中发生还原反应生成金属镧??的过程为一步还凉反应

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博士论文
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本文编号：3618427