[發明專利]一種四價鈾的制備裝置及方法

在審

• 申請號: 202111473867.5
• 申請日: 2021-11-30
• 公開（公告）號: CN114000160A
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 袁中偉;孟響;晏太紅;鄭衛芳;劉寧
• 申請（專利權）人: 中國原子能科學研究院
• 主分類號: C25B1/01
• 分類號: C25B1/01;C25B9/23;C25B9/60
• 代理公司: 北京英創嘉友知識產權代理事務所(普通合伙) 11447
• 代理人: 鄒宇寧

本公開涉及一種電解法制備四價鈾的裝置，其特征在于，所述裝置包括：陽極室(1)、中間室(2)、陰極室(3)、陽極(4)、陰極(5)、陰離子交換膜(6)和陽離子交換膜(7)；所述陰離子交換膜(6)在所述陽極室(1)與所述中間室之間(2)，所述陽離子交換膜(7)在所述陰極室(3)與所述中間室之間(2)，所述陽極室(1)含有所述陽極(4)，所述陰極室(3)含有所述陰極(5)。該裝置結構簡單，操作靈活(既可批式操作又可連續操作)，該方法可以采用低濃度鈾溶液為原料，直接制備高濃度、高四價鈾含量的產品溶液。

技術領域

本公開涉及核化工領域，具體地，涉及一種四價鈾的制備裝置及方法。

背景技術

在普雷克斯流程中通常采用肼作支持還原劑的四價鈾為還原劑，將有機相中的钚由易萃取的四價還原到不易萃取的三價，從而實現共萃的鈾和钚之間的分離。目前所有設計的或者正在運行的商用后處理廠，如法國的阿格廠、英國的Thorp廠以及俄羅斯的RT-1廠等均采用四價鈾為還原劑來實現鈾钚分離。但為實現鈾钚分離所加入的四價鈾溶液，會造成水相钚產品料液的稀釋，此外加入的四價鈾也會被萃取到有機相加重后續鈾純化過程的負擔。為將這些不利的效應降到最低，需要采用高濃度、高四價鈾含量的還原劑溶液。因此，制備出高濃度、高四價鈾含量的溶液具有重要的意義。

目前，后處理廠制備四價鈾的方法主要由電解還原法和催化還原法兩種。催化還原法又可分為氫催化還原法和肼催化還原法。催化還原法，通常以負載鉑的小球為催化劑，用氫或者肼實現UO₂(NO₃)₂的還原來制備四價鈾。該法具有生產能力大、四價鈾轉化率高等特點，但存在設備復雜、反應條件苛刻，設備維修和催化劑定期更換費用高。電解還原法，利用陰極提供的電子為還原劑，實現UO₂(NO₃)₂的還原。此方法具有設備簡單，反應條件溫和，過程易控，不引入雜質等特點。

現有技術一：專利申請文獻，專利申請號201310743451.X，發明名稱：一種電解還原制備四價鈾的裝置，該文獻公開了采用初始濃度為210g/L的硝酸鈾酰料液，采用圓筒形的鈦網為陰極，將陽極置于陰極的中心，陰極的表面積遠大于陽極，減少四價鈾在陽極的氧化，并通過料液的不斷循環來強化傳質和傳熱，提出了一個批式的電解制備四價鈾的裝置；但未提到陰極電流密度，實際情況下陰極電流密度不可能過高，而且由于陽極面積遠小于陰極面積，致使陽極電流密度極大，嚴重影響陽極的使用壽命。雖然較小的陽極面積可以減少四價鈾被陽極的直接氧化，但無法避免陽極的間接氧化。

現有技術二：專利申請文獻，專利申請號201210037397.2，發明名稱：動態膜電解制備四價鈾的裝置及方法，該文獻公開了采用陽離子交換膜分隔陰陽極室，采用料液循環的操作方式，提出了一個能實現四價鈾高效轉化的電解裝置，但是陰極液體積的增加，增加量約為原體積的5-15％。四價鈾產品液體積的增大，會在一定程度造成料液的稀釋。

現有技術三：黃永麗等人發表的“電解槽制備四價鈾技術在中試廠的應用研究”《核技術工業應用》2011年，第2卷，第137-144頁，該文獻公開了一種電解制備四價鈾的電解槽及方法，該裝置采用多級電解來提高四價鈾轉化率，并通過空氣鼓泡的方式來強化傳質和傳熱，雖然該裝置實現了連續運行，但是四價鈾制備效率較低，四價鈾轉化率很難達到80％以上，且會產生大量的放射性氣體需要處理。

目前的電解制備四價鈾過程，尚未有通過低濃度鈾酰料液直接制備高濃度四價鈾的報道。

發明內容

本公開的目的是提供一種集電化學濃縮、還原于一體的四價鈾制備的裝置及方法，該裝置結構簡單，操作靈活(既可批式操作又可連續操作)，該方法可以直接制備高濃度、高四價鈾含量的溶液。

為了實現上述目的，本公開提供第一方面提供一種電解法制備四價鈾的裝置，所述裝置包括：陽極室、中間室、陰極室、陽極、陰極、陰離子交換膜和陽離子交換膜；