[發明專利]一種液態陰極熔鹽電解提取稀土并制備鉛稀土合金的方法

有效

• 申請號: 201910577180.2
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN110195243B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 李著堯;唐丹丹;劉峙嶸;何飛強
• 申請（專利權）人: 東華理工大學
• 主分類號: C25C3/36
• 分類號: C25C3/36;C25C7/02
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 田鴻儒

本發明公開了一種液態陰極熔鹽電解提取稀土并制備鉛稀土合金的方法，屬于核燃料后處理技術領域，技術方案為：將氯化鋰、氯化鉀、氯化稀土放入氧化鋁坩堝，升溫熔化為熔鹽，在氧化鋁坩堝中放入裝有鉛錠的小坩堝，保溫；將陰極、參比電極和輔助電極插入熔鹽連接電化學工作站；使用電化學工作站循環伏安、計時電位測定稀土還原峰電位和合金形成電流；根據稀土在液態鉛電極上的還原峰電位和鉛稀土合金的形成電流，分別進行恒電位電解和恒電流電解提取稀土；小坩堝在氬氣保護下冷卻，將電解產物取出，使用乙醇、去離子水沖洗，低溫烘干得到鉛稀土合金。本方法較固態電極提取稀土并得到鉛稀土合金的流程短，提取速率快，稀土的提取率高達97.2％。

技術領域

本發明屬于核燃料后處理技術領域，具體涉及一種液態陰極熔鹽電解提取稀土并制備鉛稀土合金的方法。

背景技術

在國家大力發展核電技術的背景下，乏燃料后處理的壓力和挑戰空前巨大，成為我國核能安全高效可持續發展的關鍵因素之一。隨著核電的發展，產生的乏燃料的數量在持續增加，預計到2050年數量將達100萬噸。從乏燃料中提取的鈾和钚制成燃料足以為140個1GWe規模的輕水反應堆燃燒60年之久。隨著反應堆技術的進步和核能經濟性要求的提高，核燃料燃耗將會進一步提高。相應的乏燃料放射性更強、釋熱率更高、裂片元素含量增多，這使得傳統的PUREX流程不再適合處理新一代核能系統的乏燃料。以熔鹽為電解質具有耐輻照的優點，可以處理燃耗深、冷卻時間短的乏燃料，其中LiCl-KCl體系共晶溫度為353℃，以其較低的熔點、黏度、設備腐蝕性、蒸汽壓、密度和成本，較高的分解電壓和電導率，被廣泛采用。稀土元素具有較高的熱中子俘獲截面，對未來核燃料閉式循環中燃料的增殖與嬗變非常不利，并且會與鈉冷快堆的包殼材料不銹鋼反應生成鐵稀土合金，從而降低了核燃料的安全性。因此選擇合適的陰極電解提取稀土，對我國核能的可持續發展具有重要意義。以液態金屬為陰極，可以提高稀土提取率，并可解決電解過程二價和三價稀土離子往復循環空耗電流的問題，這是由于稀土離子在液態陰極上沉積會產生很強的去極化。金屬鉛的熔點和沸點分別為327.5℃和1740℃，在450到650℃下容易熔化，但不蒸發，得到鉛鏑合金后可通過減壓蒸餾將鏑與鉛分離，是熔鹽電解分離提取錒系元素和鑭系元素的理想液態陰極材料。迄今為止，國內外有關液態鉛陰極熔鹽電解提取稀土的專利未有報道，在專利CN107794551A中提出了一種熔鹽電解共沉積制備的銅鏑中間合金及其制備方法，但其電解溫度為940到980℃能耗燒損較大，且得到合金中鏑不易與銅分離。在CN104775137A專利中提出了種液態陰極熔鹽電解法制備鋁釤中間合金的方法，電解溫度為750-900℃，能耗燒損較大。因此，為了高效的提取稀土，開發經濟、流程簡單的熔鹽電解提取工藝以及有潛力的液態陰極材料迫在眉睫。

發明內容

本發明所要解決的技術問題就是提供一種簡單有效的方法來高效去除氯化物熔鹽中的稀土離子。

本發明提供的液態陰極熔鹽電解提取稀土并制備鉛稀土合金的方法，包括以下步驟：

(1)將氯化鋰、氯化鉀放入氧化鋁坩堝中，氧化鋁坩堝放入電解槽中，電解槽中通有高純氬氣，加熱升溫，待氧化鋁坩堝中的物料完全熔化后向氧化鋁坩堝中添加氯化稀土，待氯化稀土完全熔化形成熔鹽后，在氧化鋁坩堝中放入裝有鉛錠的小坩堝，保溫；

(2)保溫結束后，將陰極、參比電極和輔助電極插入熔鹽連接電化學工作站；

(3)使用電化學工作站循環伏安、計時電位測定熔體氧化還原峰和鉛稀土金屬間化合物形成電流；

(4)根據步驟(3)稀土在液態鉛電極上的還原峰電位和鉛稀土合金的形成電流，分別進行恒電位電解和恒電流電解提取稀土；

(5)裝有液態鉛的小坩堝在氬氣保護下冷卻，將電解產物從小坩堝取出，使用乙醇、去離子水沖洗，低溫烘干得到鉛稀土合金。

優選地，步驟(1)中所述氯化鋰與氯化鉀的質量比為45.8:54.2wt％。