LiF对LiCl-KCl熔盐中钆电解精炼的影响

正熔盐电解精炼干法后处理技术受到越来越多核能国家的关注,以较高的去污系数从乏燃料中回收铀钚已成为研究热点。根据之前的研究发现,LiF加入LiCl-KCl熔盐前后对钆、铽的还原电位有影响,以此为理论基础,进行了LiF加入LiCl-KCl熔盐前后对钆、铽电解精炼的影响。图1为LiF加入前后的电解曲线,加入LiF后进行钆、铽电解精炼时两种熔盐体系所得到的阴极产物示于图2。表1列出不同金属样品中的元素含     

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。     

干法后处理熔盐电解精炼过程数学模型研究

熔盐电解精炼是乏燃料干法后处理的核心工艺单元,通过数学模型探索高温熔盐电解精炼过程的化学与电化学变化,可为电解精炼工艺优化和设备设计提供参考依据。本文基于电化学热力学及物质传递公式建立了乏燃料熔盐电解精炼过程的数学模型,以铀钚锆三元合金燃料为研究对象,计算了燃料中关键元素的电极电势、分电流及物料分布随时间的变化。采用向后差分法对物料分布变化方程进行离散,通过文献实验数据对建立的数学模型进行了准确性验证。结果表明,模拟计算所得阴极沉积铀产品与实验数据的相对误差为2.80%,所建数学模型具有较好的拟合性。同时采用所建模型模拟计算了电流强度对乏燃料电解精炼过程的影响,结果表明电解速率与电流强度呈正比,不改变钚铀锆的溶解和沉积顺序。     

LiF对LiCl-KCl熔盐中钆微观结构的影响

正电解精炼已成为干法后处理的首选技术路线,因此研究离子在熔盐中的电化学行为对干法后处理尤为重要。本工作测定了LiF加入LiCl-KCl熔盐前后对钆、铽还原电位的影响,发现加入LiF后钆、铽的还原电位差由原来的6mV变为67mV,增大了11倍多。用电化学和光谱的方法得到了熔盐中离子的配位结构,发现在LiCl-KCl-GdCl_3(5mol%)/TbCl_3(5mol%)熔盐中为[GdCl_6]~(3-)、[TbCl_6]~(3-)的正八面体结构,其拉曼图谱如图1所     

干法后处理流程中电解精炼设备研发进展北大核心CSCD

高燃耗快堆乏燃料具有高钚含量、强放射性、高释热率等特点。基于溶剂萃取原理的水法后处理工艺存在溶剂易辐解等问题,宜对高燃耗快堆乏燃料采用干法后处理工艺进行处理。熔盐电解干法工艺采用耐辐照的无机盐为介质,通过电化学方法分离回收锕系元素,是最具应用前景的干法后处理技术。在熔盐电解干法工艺流程中,承担锕系元素分离任务的电解精炼单元是核心环节。本文调研了乏燃料干法后处理过程中电解精炼设备的研发进展,分析了电解精炼设备关键技术和发展趋势,为我国快堆乏燃料电解精炼设备的研发提供了参考。     

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。     

LiCl-KCl共晶熔盐中氧离子的去除

采用NH₄Cl和HCl气体进行LiCl-KCl共晶熔盐中氧离子的去除。在使用NH₄Cl和HCl气体去除LiCl-KCl共晶熔盐中的氧离子过程中，用钇稳定氧化锆测氧电极对熔盐中的氧离子浓度变化进行测定。结果表明，HCl与熔盐中氧离子反应生成H₂O，并将反应产物水通过HCl载带出去。NH₄Cl去除氧离子的过程也是通过NH₄Cl分解的HCl与氧离子反应除去熔盐中氧离子。NH₄Cl和HCl均能有效地去除LiCl-KCl熔盐中的氧离子，使氧离子浓度降低至10^-5～10^-4 mol/kg。     

LiCl-KCl共晶熔盐中氧离子的去除

采用NH₄Cl和HCl气体进行LiCl-KCl共晶熔盐中氧离子的去除。在使用NH₄Cl和HCl气体去除LiCl-KCl共晶熔盐中的氧离子过程中，用钇稳定氧化锆测氧电极对熔盐中的氧离子浓度变化进行测定。结果表明，HCl与熔盐中氧离子反应生成H₂O，并将反应产物水通过HCl载带出去。NH₄Cl去除氧离子的过程也是通过NH₄Cl分解的HCl与氧离子反应除去熔盐中氧离子。NH₄Cl和HCl均能有效地去除LiCl-KCl熔盐中的氧离子，使氧离子浓度降低至10^-5～10^-4 mol/kg。     

熔盐电解后处理工艺中的在线监测技术

干法后处理技术是我国核燃料循环体系的重要发展方向,其中有发展前景的熔盐电解法在工业化过程中需要对元素进行准确地监测以保障安全运行。传统离线检测方法程序复杂、数据分析延迟,而在线监测方法因可以获得实时数据而备受瞩目。本文对近几年国内外熔盐电解法中不同元素的在线监测技术进行了总结,重点调研分析了电化学法中的循环伏安法、安培法、脉冲法以及光谱法中的荧光光谱法和紫外光谱法在各种元素的在线监测中的原理、特点和应用前景,以期对熔盐电解中在线监测技术的研发和实际应用提供理论支撑和技术参考。     

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。     

Effect of LiF on Gd Electrorefining in LiCl-KCl Molten Salt

<正>The important significance of the study is to provide a new idea that plutonium and uranium can be recovered from spent fuel containing actinides and fission ions with higher decontamination factor.The effect of addition LiF on Gd elec-     

铝合金化技术在乏燃料干法后处理中的应用研究进展

干法后处理在未来先进核燃料循环中将发挥关键作用。由美国开发的熔盐电精炼流程是目前最具应用前景的干法后处理流程之一,但是锕系元素(An)与镧系元素(Ln)的高效分离仍然是该流程目前亟待解决的关键科学与技术问题之一。研究表明,An与Ln形成铝合金时沉积电位差较大,采用固态铝电极电解有望实现An与Ln的有效分离,从而更好地服务于分离-嬗变策略。本文针对铝合金化技术在乏燃料干法后处理中的应用研究进展进行综合阐述,重点介绍铝合金化在熔盐电精炼中的应用研究,主要包括Ln和An的铝合金化行为、An和Ln的铝合金化分离等几个方面。     

Effect of LiF on Gd Microstructure in LiCl-KCl Molten Salt

<正>The most promising pyro-reprocessing method was molten salts electrorefining.The study on microstructure of ion in chloride melt is important.The effect of adding LiF to Gd electrochemical and coordination behavior in LiCl-KCl molten     

Electrorefining of metallic fuel with burn-up of ~7 at% in a LiCl-KCl melt

Electrorefining of irradiated metallic fuels (burn-up ~ 7 at%) in a LiCl-KCl melt at 773 K was successfully demonstrated: Actinides in the fuels were anodically dissolved in the melt. Both a selective U metal deposition on a solid cathode and a grouped recovery of actinides, U, Pu, Np, Am, and Cm, in a liquid Cd cathode were confirmed. The behavior of fission products, such as lanthanides, alkali metals, alkaline earth metals, and noble metals, were also investigated. It was found that the behaviors of actinides and fission products in the electrorefining of the fuels with ~ 7 at% burn-up were similar to those in electrorefining of fuels with ~ 2.5 at% burn-up.     

Polarization Effects in the Molten Salt Electrorefining of Spent Nuclear Fuel

The effects of polarization in the electrorefining of spent nuclear fuel were analytically studied through electrotransport experiments with uranium. When the uranium concentration in molten salt was set at 0.5 wt%, polarization caused the measured cell resistance to increase from 0.16 to 0.33 Ω as the cell voltage was raised from 0.1 to 0.7 V. At 2.0 wt% uranium concentration in salt, on the other hand, the resistance was almost independent of cell voltage. A code named DEVON has been developed to estimate the effects of polarization on the electro- refiner operating condition. The Laplace equation is solved in the bulk salt region by finite element method. In the calculation, the effects of polarization are taken into account by adopting the diffusion layer model on defining the boundary conditions. The result of calculations agreed well with the measured resistance data at two sample concentrations for a diffusion layer thickness of 0.025 cm on the solid cathode. The calculations indicated that significant polarization at the cathode could be avoided by maintaining the uranium concentration in salt above 1 to 2 wt%. When it was held at 5 wt%, which is a typical level for normal operation, polarization proved to exert little influence on the cell resistance, but it was indicated to contribute appreciably toward flattering the current distribution along the cathode surface.     

Separation of Pure LiCl-KCl Eutectic Salt from a Mixture of LiCl-KCl Eutectic Salt and Rare-Earth Precipitates by Vacuum Distillation

In this study, the vacuum distillation of LiCl-KCl eutectic salt in a mixture of LiCl-KCl eutectic salt and rare-earth precipitates was carried out to evaluate the vaporization characteristics of LiCl-KCl eutectic salt. It was confirmed that the required time for salt vaporization was reduced by a reduction in the pressure. It appeared that the vaporization of LiCl-KCl eutectic salt containing rare-earth precipitates was decreased in comparison with that of pure salt because the salt adhered to the fine particles of the rare-earth precipitates. However, the distillation of the salt was almost achieved by elevating the surface area and further reducing the pressure. The distilled salt from the mixture consisted of 43.7 wt% LiCl and 56.3 wt% KCl. It is thought that the recovered salt can be reused because its composition is similar to the mixed ratio (44.2 wt% LiCl: 55.8 wt% KCl) of the salt used in an electrorefining process.     

熔盐冷却高温球床堆中Flibe对栅元均匀化群截面的影响

熔盐冷却高温球床堆与高温气冷堆所用冷却剂不同,其中子学性能会影响栅元均匀化群截面。本文基于MCNP5研究Flibe熔盐对²³⁸U、²³⁵U、²³²Th共振能区栅元均匀化群截面的影响,并与高温气冷堆进行对比。结果表明,由于熔盐的引入,²³⁸U、²³⁵U、²³²Th的栅元均匀化群截面在包含较强共振峰的能群会发生明显改变,²³⁸U、²³²Th栅元均匀化吸收群截面增大,²³⁵U栅元均匀化裂变群截面减小。随燃料填充度与熔盐填充度的增加,熔盐对所研究重核素的栅元均匀化群截面的影响增大;燃料运行温度与燃料富集度的变化,对Flibe引入的截面相对变化影响并不明显。计算结果表明,熔盐对栅元均匀化裂变群截面和均匀化吸收群截面的影响具有一定规律性。     

熔盐反应堆——放射化学创新发展的新源泉

本文从放射化学视角简略介绍了熔盐堆及其在钍铀燃料循环应用中的优势,然后叙述了与熔盐堆相关的放射化学研究的三个方向:即燃料供给、辐照后燃料的再处理以及熔盐堆运行的工艺监测和核素诊断。在燃料的再处理中推荐了一种类似文献报道的AIROX流程的干法后处理的新技术路线,指出其在熔盐堆在线燃料处理中的优点和重要价值。由于熔盐堆的运行中存在大量的化学与放射化学问题,因此熔盐堆堪比"化学堆",放射化学监测和诊断对于熔盐堆的运行有极其重要的意义。由此可见,熔盐堆研发促使形成了放射化学的一门新的分支学科——以监测和诊断为目标的熔盐反应堆化学。最后给出了放射化学工作者在熔盐堆发展过程中应该注意的若干建议。