影响CaCl2-NaCl熔盐电脱氧法制备金属Zr的工艺条件

将氧化物转化为金属是熔盐电解精炼干法后处理氧化物乏燃料流程的关键步骤之一。在等摩尔CaCl₂-NaCl混合熔盐体系中,以石墨棒为阳极,采用高温烧结后的ZrO₂模拟UO₂开展了电脱氧制备金属Zr的FFC剑桥工艺条件优化。研究了工艺条件（槽电压、电解时间、烧结温度和电解温度等）对电脱氧制备Zr的影响。采用场发射扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分别分析了电解前后ZrO₂阴极的微观结构和物相组成。优化后的工艺条件为：电压3.4 V、电解时间12 h、烧结温度900 ℃和电解温度722 ℃。同时,研究结果表明, ZrO₂电脱氧还原为Zr时,存在中间产物CaZrO₃和ZrO。     

稀土氧化物Gd2O3、Nd2O3、Sm2O3和Dy2O3在KCl-LiCl-Li2O熔盐中的电解

采用循环伏安法和计时电位法研究了Li₂O在KCl-LiCl熔盐中的电化学行为,并利用卷积伏安法计算了923 K下O₂^-在KCl-LiCl熔盐中的扩散系数（D),得到D=0.5×10^-5 cm²/s。以Gd₂O₃、Nd₂O₃、Sm₂O₃和Dy₂O₃为阴极,在KCl-LiCl-Li₂O(w=1%)熔盐中进行电解（恒电压3.40 V、电解温度923 K、电解时间25 h）。通过X射线衍射分析(XRD),证实稀土氧化物被部分还原为金属,并分析了电解过程中可能发生的反应。同时利用PRS模型（该模型可将固态阴极内离子的极限扩散速率与固态氧化物孔隙P、金属/氧化物摩尔体积R、阴极还原后的体积收缩率S等参数关联）分析了这些稀土氧化物的电解还原模型,得到Gd₂O₃、Nd₂O₃、Sm₂O₃和Dy₂O₃的最优孔隙率分别为18.7%、24.2%、30.6%、16.7%,最短电解时间分别为133、157、143、119 h,将这些结果与电解实验结果进行对比,发现阴极的孔隙率和电解时间均不满足金属氧化物完全被还原的要求,并给出了相应的解释。     

LiCl-KCl体系中液态Zn阴极熔盐电解提取镨北大核心CSCD

利用液态金属作为阴极分离、提取稀土元素有很多优点。以液态金属Zn为阴极,研究Pr(Ⅲ)离子在液态Zn阴极上还原的电化学机理。在LiCl-KCl-PrCl_(3)熔盐中,分别采用循环伏安法、半积分法研究W电极和液态Zn电极上Pr(Ⅲ)的电化学还原过程。结果表明,在该实验温度下,只有一种富锌的Pr_(x)Zn_(y)金属间化合物生成。通过循环伏安法和半微分法计算了LiCl-KCl熔盐中Pr(Ⅲ)的扩散系数。根据电化学机理研究,采用液态金属Zn为阴极恒电位电解提取稀土Pr。电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)结果表明,随着电解时间的增长,熔盐中Pr(Ⅲ)离子的浓度逐渐降低。电解2 h后,提取效率为45.38%,当电解时间达到40 h时,提取效率为99.48%。X射线衍射(XRD)和扫描电镜-能谱(SEM-EDS)点分析结果表明,恒电位电解2 h得到的沉积物为Zn_(11)Pr_(3)。     

W/BDD薄膜电极制备及其电化学性能研究

利用化学气相沉积（CVD）法研制了一种钨基硼掺杂金刚石（W/BDD）薄膜电极,通过扫描电镜和Raman光谱考察了W/BDD薄膜电极的性能,通过电化学方法测定了其在LiCl-KCl熔盐中的电化学窗口和电化学性能。结果表明,研制的W/BDD薄膜电极的BDD薄膜有较好的微观结构;W/BDD薄膜电极在LiCl-KCl熔盐中的电化学窗口约为3.5 V(-2.5～1.0 V,相对于Ag/AgCl参比极电位);电解过程中,氧离子不与W/BDD薄膜电极表面BDD薄膜层的碳反应,直接被氧化为氧原子;长时间电解不会改变电极表面薄膜层的形貌和结构。     

电化学调价制备2AF Ⅱ.Pu(Ⅲ)的电化学氧化研究

为将电化学应用于1BP调价制备2AF,使用无隔膜的电解池,以钛基镀铂电极为阳极,以钛电极为阴极,在恒电流的条件下进行了含钚溶液的电解实验。在含3.0 mol/L HNO3、0.15 mol/L甲基肼、0.10 mol/L二甲基羟胺、3.0 g/L Pu的电解液中,当电流密度为10～30 mA/cm2,槽电压为2.6～3.1 V时,电化学调价后Pu(Ⅳ)的质量分数大于99.7%,Pu(Ⅵ)的质量分数小于0.3%。甲基肼和二甲基羟胺被完全破坏,电解过程不需加入任何化学试剂。     

W/BDD薄膜电极制备及其电化学性能研究

利用化学气相沉积(CVD)法研制了一种钨基硼掺杂金刚石(W/BDD)薄膜电极,通过扫描电镜和Raman光谱考察了W/BDD薄膜电极的性能,通过电化学方法测定了其在LiCl-KCl熔盐中的电化学窗口和电化学性能。结果表明,研制的W/BDD薄膜电极的BDD薄膜有较好的微观结构;W/BDD薄膜电极在LiCl-KCl熔盐中的电化学窗口约为3.5 V(-2.5～1.0 V,相对于Ag/AgCl参比极电位);电解过程中,氧离子不与W/BDD薄膜电极表面BDD薄膜层的碳反应,直接被氧化为氧原子;长时间电解不会改变电极表面薄膜层的形貌和结构。     

液体阴极法回收盐渣中钚离子的模拟实验

采用液体阴极法电解NaCl-KCl-CeCl_3熔盐,回收熔盐中的铈离子以模拟高温化学工艺废盐渣中钚离子的回收。研究了初始CeCl_3浓度、温度、阴极电流密度对电解指标的影响,确定了初始CeCl_3质量分数为5%、温度750℃、阴极电流密度0.10A/cm~2时,熔盐对Ce的净化系数可达130,盐渣中残留的CeCl_3质量分数可降低到0.04%以下。实验证实了液体阴极法有望应用于废盐渣中钚离子的回收。     

LiCl-KCl熔盐中钍的电极过程研究

通过循环伏安法和计时电位法,研究LiCl-KCl熔盐中Th⁴⁺在723～803 K内在Mo电极上的电极过程。结果表明,Th⁴⁺在Mo电极上的电极过程受离子扩散步骤控制,扩散系数D随温度T变化的经验公式为ln D＝33.94-2.879×10⁴/T,形式电位的经验公式为E _vsCl-^0′/Cl²＝-3.45+7.5×10^-4T。     

ThF4浓度对CeF3-ThF4-LiCl-KCl熔盐中Th电解沉积的影响

研究了高ThF4浓度下的CeF3-ThF4-LiCl-KCl熔盐中Th的电化学沉积行为.ThF4的质量分数从3％增加为10％时,Th(Ⅳ)的初始还原电位略微正移(从-1.75 V正移至-1.72 V,vs.Ag/AgCl).熔盐中Th(Ⅳ)浓度的增大会导致其初始还原电位正移,而F浓度的增大则导致其负移.电解沉积时,10...     

用于熔盐体系的莫来石隔膜Ag/AgCl 参比电极的性能研究

以莫来石为隔膜材料，制备了用于高温氯化物(LiCl-KCl)熔盐体系的封闭式Ag/AgCl参比电极。采用LCR法分别测定了参比电极隔膜的电阻。同时，系统研究了参比电极的稳定性和重复使用性及平行性，重点研究了AgCl浓度对参比电极稳定性的影响。表征结果表明隔膜的组成为3Al₂O₃•2SiO₂，具有良好的离子导通性。电化学研究结果表明，AgCl摩尔分数为2.0%时，参比电极可连续稳定使用40 h以上，电位差稳定在±2 mV以内；重复使用4次后(约100 h)，电位变化±5 mV；±5 mA的极化电流5 s后可于15 s内恢复初始开路电位。上述研究结果表明，莫来石隔膜Ag/AgCl具有良好的稳定性、重复使用性、可逆性，可用于熔盐电化学研究及电解工艺中电极电位的控制中。     

Electrolytic Extraction of Ce from NaCl-KCl Molten Salt

In order to optimize the technological conditions of cerium preparation by electrolytic reduction of molten salt, the electrochemical behavior of CeCl₃ in NaCl-KCl molten salt and the electrodeposition process on Mo electrode were carried out. The results indicate that Ce³⁺ can be quickly electrolyzed at the cathode potential more than 1.9 V (vs. Ag/AgCl) using Mo rod (ø4 mm). Increasing the concentration of Ce³⁺ is beneficial to the electrolytic reaction. The optimal electrolytic voltage is determined to be 4.41 V using two-electrode system, and the cathode potential is 2.27 V (vs. Ag/AgCl). It is found that the voltage increases with the decrease of cathode area when the anode area is fixed, and the cathode area is changed. Under the experimental conditions, the voltage varies linearly with the electrode center distance. Compared with the change of electrode center distance, the effect of current change on voltage is more significant.     

用于高温NaCl-KCl熔盐体系莫来石隔膜Ag/AgCl参比电极的性能研究

制备了用于高温NaCl-KCl熔盐体系的莫来石隔膜Ag/AgCl参比电极,并研究了该参比电极的性能。结果表明,初次于830℃NaCl-KCl熔盐体系中使用时参比电极的活化时间为2 h。在780～880℃范围内,实验所得电位差值与计算值的偏差在±3 mV以内,温度与电位差呈线性关系(r²=0.999)。±10 mA电流极化10 s后电极电势可于10 min内恢复平衡。以上结果表明,莫来石隔膜Ag/AgCl参比电极具有良好的稳定性、平行性和重现性,可用于高温NaCl-KCl熔盐体系的电化学行为研究。     

Electrolysis of Burnup-Simulated Uranium Nitride Fuels in LiCl-KCl Eutectic Melts

The electrochemical behavior of burnup-simulated uranium nitride fuels containing representative solid fission product elements, UN+Mo (Mo = 2.84 wt%), UN+Pd (Pd = 4.6 wt%) and (U, Nd)N (NdN = 8.0 wt%), was investigated in the molten LiCl-KCl eutectic salt with 0.54 wt% UCl₃ in order to clarify the effects of fission products on the dissolution of actinide nitrides and the behavior of FPs in the electrorefining of spent nitride fuel. The rest potentials of burnup-simulated UN pellets were similar to that of pure UN. The electrochemical dissolution of UN began at about _0:75V vs Ag/AgCl reference electrode in all samples as well as that of pure UN. After the electrolyses at the constant anodic potential of ?0:65––0:60V vs Ag/AgCl, most of UN was dissolved into LiCl-KCl as UCl₃ at the anode, and U was recovered in the liquid Cd cathode in all samples. Furthermore, Nd was dissolved at the anode and accumulated into LiCl-KCl as NdCl₃, while Mo and Pd were not dissolved but remained at the anode.     

Separation of plutonium from lanthanum by electrolysis in LiCl–KCl onto molten bismuth electrode

This work presents a study on the electroseparation of plutonium from lanthanum using molten bismuth electrodes in LiCl–KCl eutectic at 733 K. The reduction potentials of Pu³⁺ and La³⁺ ions were measured on a Bi thin film electrode using cyclic voltammetry (CV). A difference between the peak potentials for the formation of PuBi₂ and LaBi₂ of approximately 100 mV was found. Separation tests were then carried out using different current densities and salt phase compositions between a plutonium rod anode and an unstirred molten Bi cathode in order to evaluate the efficiency of an electrolytic separation process. At a current density of 12 mA/cm²/wt% (Pu³⁺), only Pu³⁺ ions are reduced into the molten Bi electrode, leaving La³⁺ ions in the salt melt. Similar results were found at two different Pu/La concentration ratios ([Pu]/[La] = 4 and 10). At a current density of 26 mA/cm²/wt% (Pu³⁺), co-reduction of Pu and La was observed as expected by the large negative potential of the Bi cathode during the separation test.     

LiCl-KCl共晶熔盐的纯化

氯化锂-氯化钾共晶熔盐是电解精炼干法后处理中最常用的电解质,其含有的杂质直接影响电流效率和产物纯度。本研究分别采用高温处理、HCl气体鼓泡和恒电位电解等方法依次去除了熔盐中的易挥发物质、氧离子和金属离子等杂质,获得了较高纯度的熔盐。采用热重分析(TGA)、电化学和电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)等方法对比了纯化前后熔盐中各杂质的含量。研究结果表明:去除易挥发杂质的最佳处理温度范围为450～650℃;去除杂质金属离子时最佳电解电位为-2.3Vvs.Ag/AgCl(摩尔分数2%),恒电位电解800s后杂质金属离子总量低于1.5×10-6 g/g(盐)。以上研究结果表明,采用高温处理、HCl气体鼓入和恒电位电解可获得纯度较高的LiCl-KCl共晶熔盐。     

LiCl-KCl熔盐中Zr(Ⅳ)于Mo电极上的电化学行为

通过循环伏安法、方波伏安法和计时电位法等研究了LiCl-KCl共晶熔盐中ZrCl_4于Mo电极上的电化学行为。探究Zr(Ⅳ)于Mo阴极的还原机理,并计算Zr(Ⅱ)的扩散系数及Zr(Ⅱ)/Zr(0)的表观标准电势。结果表明:Zr(Ⅳ)在Mo阴极还原机理为:Zr(Ⅳ)+2e=Zr(Ⅱ);Zr(Ⅱ)+2e=Zr(0)或Zr(Ⅱ)+e+Cl~-=ZrCl;ZrCl+e=Zr(0)+Cl~-;金属Zr在阳极的氧化过程为:Zr(0)-2e=Zr(Ⅱ)和Zr(Ⅱ)-2e=Zr(Ⅳ)。Zr(Ⅳ)还原为Zr(Ⅱ)和Zr(Ⅱ)还原为Zr(0)均为可逆反应,且还原过程均为扩散控制。LiCl-KCl熔盐中Zr(Ⅱ)于Mo阴极上的扩散系数与温度的关系为:ln D=-6 724/T-2.95,扩散的活化能Ea=55.9kJ/mol。Zr(Ⅱ)/Zr(0)的表观标准电位与温度的关系为:E_(Zr(Ⅱ)/Zr(0))~(Θ*)=-2.695+9.33×10~(-4) T。