[發明專利]一種熔鹽電解沉積分離氧化鐠和氧化鏑的方法

無效

• 申請號: 201110048722.0
• 申請日: 2011-03-01
• 公開（公告）號: CN102134728A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發明（設計）人: 張密林;韓偉;秦文竺
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: C25C3/36
• 分類號: C25C3/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種稀土分離的方法，具體地說是通過熔鹽電解沉積使氧化鐠和氧化鏑從熔鹽中分離出來的一種方法，該方法可能用于乏燃料的干法后處理。

背景技術

目前，全世界核電卸出的乏燃料約為10500tHM，截至2008年累計卸出的乏燃料總量已超過270000tHM。乏燃料的處理處置問題已成為影響核電可持續發展的關鍵問題。在先進核燃料的后處理循環中，關鍵步驟之一是對高燃耗的熱堆乏燃料、快堆乏燃料或者嬗變系統輻照后靶件中的U，Pu和MA進行分離。這些乏燃料或靶件具有高燃耗、高輻照、高含钚量的特點，這使得傳統的以TBP為萃取劑的水法后處理流程難以滿足分離需要。另一類后處理技術——干法后處理技術再次受到人們關注。干法后處理(dry?reprocessing)的過程中不使用水作為溶劑，其主要的分離步驟在高溫下進行。流程具有耐輻照、低臨界風險、放射性廢物少等優點，適宜處理高燃耗、短冷卻期乏燃料，有希望滿足先進核燃料循環中對乏燃料或者嬗變靶件的分離需要。熔鹽電解沉積法是目前研究最廣泛的干法技術，熔鹽電解沉積法可以直接處理金屬(合金)燃料，得到沉積的金屬產品。為了處理LWR(輕水堆)氧化物燃料，需要首先將氧化物燃料還原為金屬。熔鹽電解沉積方法的特點是設備簡單，操作容易，適合處理燃耗深、含量高的乏燃料，產生的廢物量少，且易于貯存、處理與處置。

熔鹽體系作為干法后處理一個操作平臺，對熔鹽體系的不同處理方法也發展了很多干法流程，如電化學金屬沉積、電化學氧化物沉積、金屬還原萃取、鹽循環萃取、分步沉淀造渣等流程。英、法、德、印度等也有在熔鹽電解沉積方面的研究計劃。熔鹽電解沉積技術已經在俄羅斯進行過多次真實乏燃料的處理實驗，俄羅斯、日本、印度等國都有這方面的研究計劃。

從發表的文獻來看，熔鹽電解沉積技術已經過了多次處理真實乏燃料的實驗驗證，取得了比較滿意的結果，是目前發展較為成熟的技術。但是，總的說來，現有的干法后處理技術要實現工業化還存在以下主要障礙，距離實際應用還有很大的距離。首先，高溫和強腐蝕性的熔鹽(特別是氟化物體系)對于強放射性環境下的操作設備的要求太高。其次，目前各種干法流程的分離效率較低。

而本發明采用NaCl+KCl+AlF₃熔鹽體系，將氧化鐠和氧化鏑的混合物在熔鹽中直接電解，通過控制電解質配比、電解時間、電流密度、電解溫度等條件得到不同組成的鋁鐠鏑合金，鐠的直收率為60.7-92.3％，鏑的直收率為24.3-72.7％。氧化鐠在合金和熔鹽中的分配系數為1.54-12.0，氧化鏑在合金和熔鹽中的分配系數為0.32-2.7，在熔鹽中對稀土氧化物進行了較好的分離，可能為干法處理提供了一種可行的熔鹽體系，且對設備腐蝕小，生產較清潔。

根據M.Kurata等人1995年在Journal?of?Nuclear?Materials?227期110-121頁上發表的文章“Distribution?behavior?of?uranium，neptunium，rare-earth?elements(Y，La，Ce，Nd，Sm，Eu，Gd)and?alkaline-earth?metals(Sr，Ba)between?molten?LiCl-KCI?eutecticsalt?and?liquid?cadmium?or?bismuth”中計算分配系數(公式1和2)的方法，計算出Pr₆O₁₁和Dy₂O₃在合金與熔鹽中的分配系數。

其中：D_Pr和D_Dy分別為Pr₆O₁₁和Dy₂O₃的分配系數；和分別為Pr和Dy在合金與熔鹽中的摩爾分數。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能通過調節電解過程的條件提高稀土的直收率及分配系數，從而達到更好的分離效果的熔鹽電解沉積分離氧化鐠和氧化鏑的方法。