[發明專利]鈾?鋁合金及其熔鹽電解制備方法

有效

• 申請號: 201510079369.0
• 申請日: 2015-02-13
• 公開（公告）號: CN104694974B
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 石偉群;劉雅蘭;劉奎;袁立永
• 申請（專利權）人: 中國科學院高能物理研究所
• 主分類號: C25C3/36
• 分類號: C25C3/36
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產權代理事務所(普通合伙)11435
• 代理人: 孟阿妮,郭棟梁

技術領域

本發明涉及合金領域，具體涉及一種鈾-鋁合金及其熔鹽電解制備方法。

背景技術

鈾-鋁合金(Al_xU-Al)通常被用作實驗堆的芯體材料。根據U-Al相圖，U與Al可以形成三種金屬間化合物：Al₄U，Al₃U和Al₂U。通常由UO₂制備鈾-鋁合金，首先要將UO₂轉化為U金屬。然后采用電弧熔煉法將鈾與鋁熔煉可以制備得到Al₃U。作為制備芯體的材料，Al₃U也可以采用粉末冶金法制備。首先將高純金屬鈾粉末進行氫化，得到平均粒度為3-4μm的粉末，氫化鈾粉末與高純鋁粉干混，混合均勻后裝在石墨模中真空加熱，除去氫氣。然后在高純氬氣氛下1000℃加熱2小時，既可以得到較純的Al₃U。采用這種方法，如果由UO₂為前體制備得到鈾-鋁合金，過程比較復雜，1000℃高溫條件下操作，對設備要求較高。

在熔鹽體系中通過鈾在固態鋁電極上欠電位沉積也可以得到鈾-鋁合金。如在LiCl-KCl熔鹽體系中，以UZr合金做陽極，通過U(III)在固態鋁陰極上沉積可以得到鈾-鋁合金，制備過程可以在450℃下進行，溫度較低。但是該方法只能以鈾金屬或鈾合金為前體作為陽極進行電解，同樣不能以鈾氧化物為前體進行制備鈾-鋁合金。

發明內容

在下文中給出關于本發明的簡要概述，以便提供關于本發明的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述并不是關于本發明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發明的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本發明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。

本發明實施例的目的是針對上述現有技術的缺陷，提供一種直接由UO₂為前體在較低溫度下制備得到鈾-鋁合金及其熔鹽電解制備方法。

為了實現上述目的，本發明采取的技術方案是：

本發明提供一種鈾-鋁合金，所述鈾-鋁合金的組成為：Al、Al₄U、Al₃U和Al₂U，其中Al含量為24～70％；U含量為30～76％含量為23～87％。

本發明還提供一種鈾-鋁合金的熔鹽電解制備方法，

將LiCl-KCl熔鹽加熱至熔融；

將UO₂粉末和AlCl₃粉末同時加入熔鹽中，使UO₂氯化形成UCl₄；

以鋁片為陰極，石墨為陽極，Ag(I)/Ag為參比電極,通過恒電位電解法在陰極上沉積出鈾-鋁合金。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

在LiCl-KCl熔鹽體系中，直接采用AlCl₃做氯化試劑，直接實現UO₂的溶解以U(IV)離子的形式存在于LiCl-KCl熔鹽中，然后通過剩余的Al(III)離子與U(IV)共還原在陰極上以鈾-鋁合金化的形式析出。采用本發明的方法，可以在LiCl-KCl熔鹽體系中，直接由UO₂為前體在較低溫度下制備得到鈾-鋁合金，并能實現鈾在熔鹽中的有效提取。因此，本發明對于氧化物乏燃料干法后處理中氧化物燃料的溶解及U的回收具有重要意義。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為LiCl-KCl熔鹽體系中直接由UO₂制備鈾-鋁合金實驗過程示意圖；

圖2為UO₂在LiCl-KCl-AlCl₃熔鹽中氯化過程動力學；

圖3a和圖3b為T＝773K,LiCl-KCl-UO₂(0.3wt.％)-AlCl₃(0.5wt.％)熔鹽體系在鎢電極(S＝0.40cm²)上:a,循環伏安(CV)曲線；b,方波伏安曲線(SWV)；