隔膜电解还原法制备四价铀的研究

研究了在ＵＯ２（ＮＯ３）２－ＨＮＯ３－Ｎ２Ｈ５ＮＯ３体系中，采用阳离子交换膜作隔膜，钛板为阴极、镀铂钛网为阳极的电解还原制备价铀的方法，探讨了阴极电位，电流密度，硝酸浓度、肼浓度、Ｕ浓度、温度等对Ｕ（Ⅵ）的电解还原的影响，在最佳工艺条件下，可定量将Ｕ（Ⅵ）还原，制备得到四价铀浓度大于１５０ｇ／Ｌ的溶液。     

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。     

Pu（Ⅳ）电解还原制备Pu（Ⅲ）

本工作在一无隔离的电解池中分别进行有无支持还原剂肼存在条件下Pu（Ⅳ）电解还原制各Vu（Ⅲ）的实验研究。通过调节输入电压、电流和电解时间，以达到最大电解效率。Pu（Ⅳ）电解还原装置如图1所示，其中，阴极为钛网，90cm。；阳极为铂电极，0．24cm2；电解液体积为90cm2；参比电极为甘汞电极。     

动态膜电解制备四价铀中电流效率的讨论

进行了不同电流密度（40～160 mA/cm²）下电解制备四价铀的研究。研究结果表明,采用动态膜电解制备四价铀,能在保证六价铀转化率的前提下维持较高的电流效率,最终保证了四价铀制备过程的高效率。但在电解过程后期（大部分六价铀已转化为四价铀）,若采用高电流密度,电流效率迅速下降,而采用低电流密度时仍能维持较高的电流效率。为进一步提高四价铀制备过程的电流效率,研究了程序控制电流密度阶梯减小的电解方式对电解过程后期的电流效率的影响。研究结果表明,与恒定电流密度电解方式相比,采用阶梯形减小电流密度的电解方式,可有效地提高电解过程的电流效率,有助于减少副反应的发生。     

真空膜蒸馏法处理含铀废水 BR>

采用聚丙烯微孔膜对含铀废水进行真空膜蒸馏(VMD)处理研究,考察了进料铀的温度、质量浓度、流速以及真空侧压力对膜通量及截留率的影响,得到了最佳工艺条件:进料流速,0.5 m/s;进料温度,55℃;真空侧压力,2.66 kPa。在该条件下,当料液中铀的质量浓度为1~9 mg/L时,膜具有良好的分离性能,膜通量为3.5 kg/(m2.h),截留率为99.1%,馏出液中铀的质量浓度低于国家排放标准(0.05 mg/L)。实验结果表明,作为一种新颖的水处理技术,真空膜蒸馏法将在含铀废水处理中发挥重要作用。     

HNO3介质中H2C2O4电解动力学及电解氧化机理

以Pt-Ti（镀铂钛）为阳极,Ti为阴极,对HNO₃介质中的H₂C₂O₄进行恒电流电解,考察HNO₃介质中H₂C₂O₄电解动力学特性及其影响因素,并初步探讨HNO₃介质中H₂C₂O₄的电解氧化机理。研究结果表明：电流密度控制在25～37mA/cm2、HNO₃浓度为2～3mol/L、温度为30~40℃时,电解效果最佳;微量金属离子（Fe^₃+、MnO-4、Ag+）的存在对H2C2O4的电解起催化作用,能较大提高电解速率;电解氧化法破坏H2C2O4的效率高于KMnO4蒸煮法,在工业中有潜在的应用前景。     

动态连续电解还原制备四价铀的研究

研究了ＵＯ２（ＮＯ３）２－ＨＮＯ３－Ｎ３Ｈ５ＮＯ３－Ｈ２Ｏ体系中，用三级串联电解槽动态连续电解还原制备四价铀的方法，在确定的工艺条件下，当进料液Ｕ（ＶＩ）浓度为１８０ｇ／Ｌ，硝酸浓度为３．１４ｍｏｌ／Ｌ，肼浓度为０．２１０ｍｏｌ／Ｌ，加料速度为２００ｍＬ／ｈ时，可连续制备得到了四价铀浓度大于１５０ｇ／Ｌ的产品溶液。     

硝酸铀酰在电还原脉冲筛板柱中的电解还原

在直径5cm的电解还原脉冲筛板柱中,用30%TBP(煤油)-UO_2(NO_3)_2-HNO_3/N_2H_5NO_3-HNO_3(H_2O)体系,研究了诸因素下U(Ⅵ)电解还原性能。结果表明:在Purex过程1BX柱工艺条件下,阴极电位、有机相U(Ⅵ)浓度、温度、阴/阳极面积比及柱子的特征几何系数等对U(Ⅵ)电解还原有显著的影响。柱内有合适的铀、硝酸及肼的浓度剖面。电解过程中产生的气体对工艺过程无干扰,生成的氢气及叠氮酸远低于规定的安全浓度限。通过调整某些工艺参数,可以有效地控制U(Ⅵ)浓度,以满足铀/钚分离的要求。     

电化学调价制备2AF Ⅰ.二甲基羟胺和甲基肼的电解氧化

为将电化学应用于先进后处理流程中的1BP调价制备2AF,采用循环伏安法研究了甲基肼和二甲基羟胺的电化学行为。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电解实验。研究表明,甲基肼在阳极被直接电解氧化;甲基肼被完全破坏后,二甲基羟胺在阴极发生间接的氧化反应。     

电解还原铀钚分离过程中镎行为的研究

对HNO_3介质中的Np(Ⅴ)-Np(Ⅵ)电极行为进行了研究。实验表明,电解过程可逆,Np(Ⅴ)的还原有很高的超电位。在双区单级电解槽中,阴极电位700mV(S.C.E.),电解还原10分钟,可使Np(Ⅵ)定量还原成Np(Ⅴ)。在1.50mol/L HNO_3介质中,电解还原Np(Ⅵ)的半反应时间约1.5分钟。可以预见,在混合澄清槽中的镎将主要处于四价状态。介绍了研制阳阴极共区电解还原混合澄清槽的目的、设计、调试、铀酸冷运转的情况。并利用该槽进行了铀、钚、镎共存的运行试验,着重了解镎在铀、钚分离过程中的行为。实验证明,钚收率99.90—99.99%;钚中去铀分离系数3900～33000;铀、钚、酸物料衡算良好;镎在槽中的积累和内循环严重;镎在槽中主要以四价形态存在;在1B槽铀钚分离条件下,从单一产品液流(IBU或IBP)中定量回收镎是不太可能的。     

反加料方式制备AUC的工艺研究

介绍了用NH3和CO2气作为沉淀剂,以反加料方式制备(NH4)4[UO2(CO3)3](AUC)的工艺研究.具体研究了反应温度、料液铀浓度、UF6水解液的加入速度等参数对反加料工艺制备AUC晶体的影响.试验表明:控制反应温度在60～70℃、料液铀浓度在200g/L、UF6水解液流量在40 L/h的条件下制得的AUC晶体氟含量低于1000 μg/g,松装密度在0.8g/cm3～1.0g/cm3之间,具有很好的流动性.     

纳滤处理重铀酸铵沉淀母液的研究

重铀酸铵沉淀母液是一种含常量硝酸铵的高盐分废液,目前主要采用硅胶吸附法进行处理,产生的二次废物量大。纳滤膜能透过硝酸铵等单价盐,而截留铀等以多价离子或大体积分子形态存在的组分。本文在铀浓度为40 mg/L、硝酸铵浓度为35 g/L的模拟重铀酸铵沉淀母液中,开展了纳滤技术处理重铀酸铵沉淀母液的研究。结果表明：在所筛选的4种商用纳滤膜中,NF270具有最优的综合性能;当跨膜压差为1.0 MPa、膜面流速为40 cm/s、料液温度为25 ℃时,NF270纳滤膜的铀截留率为97%,与之对应的透膜通量为60 L/(m²•h)。     

气隙式膜蒸馏处理模拟放射性废水

对采用自制气隙式膜蒸馏装置净化处理质量浓度为1g/L Sr2+和离子质量浓度均为10g/L的Co2+、Sr2+、Na+、Ca2+四种离子混合模拟放射性废水进行了研究。结果表明:膜蒸馏技术对1g/L Sr2+料液中Sr2+截留率可以达到99.999%以上,去污系数(DF)在105以上;处理离子质量浓度均为10g/L的Co2+、Sr2+、Na+、Ca2+四种离子混合料液时,膜蒸馏对Sr2+、Co2+截留率均接近100%,DF(Sr2+)达1×106,DF(Co2+)达1×107;料液温度和料液流速对膜通量有一定影响,无论是提高料液温度,还是增加料液流速,均可以有效提高膜通量。在保证净化效果的情况下,在料液温度75℃,料液流速7L/min时,处理1g/L Sr2+膜通量可以达到4.15kg/(m2·h)。对离子质量浓度均为10g/L的Co2+、Sr2+、Na+、Ca2+四种离子混合料液进行处理时,膜通量也达到3.88kg/(m2·h)。     

NaCl-KCl熔盐体系电解制备金属铈工艺研究

为优化熔盐电解还原制备金属铈的工艺条件,开展了NaCl-KCl熔盐体系中CeCl₃的电化学行为及电解工艺研究。结果表明,在830 ℃下,以钼棒为工作电极、石墨棒为对电极、阴极电位高于1.9 V(Ag/AgCl为参比电极,下同)时,Ce³⁺可快速电解,提高Ce3+浓度有利于反应的进行。槽电压为4.41 V、相应的阴极电位为2.27 V时,电流效率最佳。固定阳极面积改变阴极面积的研究结果显示,随着阴极面积的减小,槽电压逐渐升高。实验条件下,槽电压随电极中心距的变化是线性的,与电极中心距的改变相比,电流的变化对槽电压的影响更显著。     

乏燃料干法后处理中铀电沉积行为模拟研究

基于多物理场耦合软件COMSOL,在LiCl-KCl熔盐体系中建立以电解槽为阳极、双石墨棒为阴极的氯化铀电沉积行为三维数值模型。通过研究熔盐中铀离子的运动情况以及对阴极几何形状的实时计算,得到了铀电沉积的沉积层厚度随时间的变化情况,得到了铀离子阴极沉积行为与阴极表面的位置、熔盐铀离子浓度、反应温度、平均电流密度之间的关系。研究中,还将模拟结果与氯化铀熔盐电解实验数据进行对比,计算与实验结果拟合良好,证明铀电沉积行为模拟的可靠性,模拟结果可为乏燃料干法后处理中铀的提取提供设计参考。      

在线悬浮电解去污电化学性能和去污效果

在悬浮电解去污前期实验研究中,建立了24L实验室在线悬浮电解去污装置,并且确定了悬浮电解去污配方。利用前期的实验结果,对碳钢、不锈钢模拟样品进行电化学去污实验,确定了最优的悬浮电解液配方和去污工艺。同时通过电化学工作站对其去污过程中的电化学性能进行研究,确定了电化学性能和去污效果的关系。在优化的电解液配方即0.6mol/L H2SO4、0.8mol/L Na2SO4、100g/L石墨颗粒、60g/L SiC颗粒,循环流速26mL/s、电解电压8V、传输距离5m等工艺参数和电流密度250A/cm2条件下,对碳钢和不锈钢模拟样片进行1h去污,去污因子为257和191。     

硝酸溶液中铝的电化学溶解行为

铝常用作核燃料的包壳材料以及辐照靶件的基体材料。研究其电化学溶解行为对于开发新型铝基体首端溶解工艺具有重要意义。研究了铝在硝酸中的阳极溶解电化学行为,并测定一系列条件下铝阳极的电化学阻抗谱、极化曲线和循环伏安曲线。结果表明:在稳态时,铝表面形成钝化膜,钝化膜的厚度随硝酸浓度的升高先下降后升高,在硝酸浓度为4mol/L时厚度较薄;体系的温度升高、硝酸铝浓度下降都使钝化膜的厚度减小;在有极化电流作用下,升高温度、增大酸度以及增大硝酸铝浓度,都易于使膜击穿,从而实现阳极溶解;铝在硝酸中的溶解速率仅与电流强度有关,电解速率可达0.4g/(A·h)。     

Purex流程的改进Ⅰ.共去污单元锆、钌净化工艺

通过单级实验,研究了不同铀饱和度、酸度、温度条件下30%TBP对锆、钌的萃取规律,在此基础上确定了提高1A净化锆、钌的工艺,并进行了台架实验验证。研究结果表明：提高铀饱和度、温度和酸度有助于降低钌在30%TBP中的分配比;在30%TBP中,高铀饱和度条件下,锆分配比受铀饱和度的影响远大于水相硝酸浓度的影响;温度对锆的分配比影响不显著。当1A槽采用4mol/L硝酸进料、4mol/L硝酸洗涤时,45℃条件下,铀、钚的回收率达99.98%,钌的去污系数约达到10⁵。     

Ti-Pt-Ca(OD)2体系的电解量热实验研究

利用自行研制的开放式大功率电解数据采集装置对由板状钛阴极,网状铂阳极和重水碱溶液组成的体系进行了一系列重复性的电解量热实验。测定了在100℃和70℃时,Ti—Pt—D2O体系的发热量变化和Ti阴极的晶体结构。实验结果与文献值比较显示,系统的“过热”量、“过热”效率和“过热”起始时间主要取决于电解液温度,同时与电解周期、阴极的形状、表面积等因素也有关。结果表明,在沸点附近通过电解重水产生可测、可靠和可重复的“过热”现象不一定需要很长时间。对电解产物的X射线衍射(XRD)分析肯定了电解前属六方晶系的α—Ti大部分转变成立方晶系的β-TiD2,并检测到了新的元素成份。在实验中没有观测到“滞后发热”现象。     

电沉积铀靶制备技术研究

研究了在水溶液体系中采用电沉积法制备铀靶的方法。以0.15mol/L草酸铵为电解液,铂丝为电极,通过考察阴极处理工艺、电流密度、电沉积时间、pH、温度、搅拌速度、镀液中UO2(NO3)2浓度等对电沉积效率及镀层质量的影响,确定了制备电沉积铀靶的最佳工艺参数,其中,沉积效率通过紫外分光光度法测得。在pH=2～3、电流密度60mA/cm2、保持温度60℃、镀液中UO2(NO3)2浓度约1.67mg/mL时沉积效率可达约98%。采用红外光谱、X射线能谱和扫描电镜等对铀沉积层进行了测试。结果显示,铀以水合聚合物的形式存在,可能的结构为[UO2(H2O)4-O-UO2(H2O)4-O],铀的沉积层的纯度较高,除检测到铀(65.35%)、氧(27.38%)、碳(5.46%)和铂(1.81%)外未引入其他杂质,镀层表面平整、致密,与衬底结合牢固。单次铀的电沉积层厚度可达6mg/cm2,采用高温烧结后重复电镀的方法可将电沉积铀的密度提高到6～8mg/cm2。