Pb电极上熔盐电解提取Pr和Dy及电化学检测

发布时间：2020-05-20 10:34

【摘要】：本文采用一系列的电化学方法研究LiCl-KCl熔盐体系中稀土离子Pr(Ⅲ)和Dy(Ⅲ)在惰性W电极、液态Pb电极和Pb膜电极上的电化学行为,利用活性Pb电极研究了电化学提取Pr和Dy的可行性及检测熔盐中稀土离子浓度的变化,为提取乏燃料中的锕系元素提供了基础的实验数据和方法。本文的研究主要包括下列几个方面:1.研究了LiCl-KCl-PbCl_2体系在惰性W电极上的电化学行为,不同终止电位的循环伏安、方波伏安、计时电位等研究结果表明,Pb-Li之间存在五种金属间化合物。通过不同扫速的循环伏安曲线,计算出扩散系数为1.55×10~(-5) cm~2 s~(-1)。并计算了不同温度下的扩散系数,根据温度与扩散系数的关系,计算出扩散活化能为39.4 kJ mol~(-1)。在643-733 K温度下,通过不同温度的开路计时电位,计算Pb-Li金属间化合物的热力学相关数据,如Pb-Li化合物的标准摩尔生成吉布斯自由能,标准摩尔生成焓和标准摩尔生成熵,并通过恒电流电解制备Pb-Li合金,X射线衍射法的结果表明制备出的Pb-Li合金是LiPb和Li_3Pb金属间化合物。2.温度为773 K时,研究了Pr(Ⅲ)在惰性W电极上不同扫速的循环伏安曲线,发现该还原过程是受扩散控制的,并计算得扩散系数为1.04×10~-55 cm~2 s~(-1)。通过塔菲尔曲线计算了动力学数据得出活化能为24.94 kJ mol~(-1)。循环伏安、方波伏安、开路计时电位等电化学方法的研究结果表明Pr(Ⅲ)离子在Pb膜电极上能生成四种Pb-Pr金属间化合物,通过XRD和SEM-EDS对得到的Pb-Pr合金进行表征,结果表明有Pb_3Pr合金化合物的生成。。在773 K和823 K温度时,根据Pr(Ⅲ)浓度与方波伏安峰高的对应关系,绘制出了Pr(Ⅲ)在W电极上的标准工作曲线。然后加入一定量的Pr(Ⅲ)进行恒电流电解提取,间隔相同时间分别作出方波伏安曲线,发现方波伏安峰电流不断降低,然后通过标准工作曲线找出不同峰高对应的浓度,检测电化学提取过程中稀土Pr(Ⅲ)离子浓度的变化。3.研究了Dy(Ⅲ)在液态Pb电极上不同扫速的循环伏安曲线,发现Dy(Ⅲ)的还原过程受扩散控制,并计算得扩散系数8.08×10~-55 cm~2 s~(-1)。通过循环伏安、方波伏安、开路计时电位发现Dy(Ⅲ)离子在Pb膜电极上存在四种金属间化合物,与相图所得结果相一致。通过恒电位提取Dy制备Pb-Dy合金并表征,结果表明Pb-Dy合金主要是Pb_3Dy金属间化合物。在773 K和823 K温度时,根据Dy(Ⅲ)的浓度与方波伏安峰电流的对应关系,绘制出了Dy(Ⅲ)在W电极上的标准工作曲线。然后进行恒电流电解提取,间隔相同时间分别作出方波伏安曲线,发现方波伏安曲线峰电流不断降低,然后通过标准工作曲线,找出方波伏安峰高相对应的浓度,检测电化学提取过程中稀土Dy(Ⅲ)离子浓度的变化。
【图文】：

电解装置

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二元合金相图,二元合金相图,循环伏安曲线,预沉积

Pb 、 Li3Pb 、 Li5Pb2、LiPb)，五对氧化还原信号(H/H′-L/L化合物的形成，说明 Li 在预沉积的 Pb 膜电极上发生欠电位 V。-2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0E / Vvs Ag/AgClG'L'LK'KI''J'JG-2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.3-0.2-0.10.00.10.20.3IA/E/V vs Ag/AgClH'HI'IJ'JK'KL'L(b)时，LiCl-KCl-PbCl2(1.78×10-5mol cm-3)熔盐中的循环伏安曲线；工电极面积：0.322 cm2；(b) 723 K， LiCl-KCl-PbCl2(1.78×10-5mol cm止电位的循环伏安曲线
【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】：2018
【分类号】：O657.1;TF845

【参考文献】