一種在線電解混合澄清槽的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在線電解混合澄清槽，由電解級和非電解級，或僅有電解級所組成，每個電解級的澄清室內(nèi)設(shè)置電極，陰極和陽極互相交錯，在作為電極的同時也構(gòu)成了料液的流動通道。該發(fā)明提供了一種電極利用率高、電解還原效果好、能定量的控制每一電解級電流的在線電解混合澄清槽。
【專利說明】一種在線電解混合澄清槽
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及核燃料后處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種核燃料后處理Purex流程中用于钚的還原反萃以實現(xiàn)鈾钚分離的IB槽和實現(xiàn)钚純化的2B槽的電解裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在Purex流程中，為了實現(xiàn)鈾钚分離和钚的純化，需要將钚從四價還原為不易被TBP萃取的三價，而從有機相反萃到水相。钚的還原通常使用化學(xué)法或者電化學(xué)法。使用四價鈾、羥胺等化學(xué)還原劑是目前比較流行和成熟的工藝，但會在體系中引入雜質(zhì)離子或產(chǎn)生大量的固體、液體廢棄物。尤其在處理钚含量高的動力堆乏燃料時，四價鈾用量大(法國U(IV)/Pu比高達15-30)，造成鈾線負擔的加重，而且有時從有機相開始的對于三價钚和四價鈾自催化氧化反應(yīng)會使該過程失效。
[0003]與化學(xué)還原法相比較，在線電解還原法具有以下一系列突出的優(yōu)點:①體系中不引入雜質(zhì)離子；②處理高钚含量的燃料適應(yīng)性強；③操作簡單，易于控制能大大減少廢液體積和處理費用。
[0004]電解還原钚的裝置主要有兩種，一種是電解混合澄清槽，另一種則是電解脈沖萃取柱，但電解脈沖萃取柱存在較為嚴重的設(shè)備腐蝕和遙控維修問題。電解混合澄清槽最早由前聯(lián)邦德國(西德)提出，之后我國學(xué)者也曾采用過此裝置，例如，1978年在《Radiochimica Acta》期干丨J上公開的“Use of electrochemical processes in aqueousreprocessing of nuclear fuels”文章,在 1980年的〈〈Actinide Separations〉〉論文集上公開的“The Separation of Uranium and Plutonium by Electrolytic Reduction in thePurex Process”文章，這 兩篇文章描述了一種將整個槽體作為陰極，同時為了避免陽極對三價钚的再氧化和有機相溶劑的降解，把電解混合澄清槽設(shè)計成三區(qū)型，即在澄清室旁增設(shè)陽極室，結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。
[0005]張清軒，張家駿等在1988年的《中國核科技報告》第S2期上公開的的“電解還原鈾钚分離過程中镎行為的研究”文章中認為由于體系中存在大量肼，肼的氧化還原電位值遠低于Pu(IV)/Pu(III)的電位值，而且四價鈾的陽極氧化又具有很高的超電位，所以陽極主要發(fā)生的是肼的氧化反應(yīng)；此外電解過程中槽電壓并不高，因此取消了陽極室，將陽極鉬片直接裝在澄清室內(nèi)，簡化了電解混合澄清槽的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。
[0006]目前公開的相關(guān)文獻中，不管是帶陽極室還是不帶陽極室的電解混合澄清槽都以金屬鈦為槽體，槽體作為共同陰極，用絕緣材料(陶瓷或聚四氟乙烯等)作為級間隔板。這樣的設(shè)計首先槽體笨重而昂貴，而且不同材料間的熱脹冷縮等各方面性質(zhì)不一樣，很容易造成級間的竄液；其次電場分布極不均勻，雖然陰極面積很大，但電極利用效率低，僅在一小部分電極面積上發(fā)生電解還原反應(yīng)；再次由于采用共陰極的設(shè)計，僅能控制總電流，很難定量控制分配給每一電解級的電流，會使得某些電解級電流過大發(fā)生大量的副反應(yīng)(副反應(yīng)會產(chǎn)生亞硝酸，不利于三價钚和四價鈾的穩(wěn)定)，而有些電解級電流不夠。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種電極利用率高、電解還原效果好、能定量的控制每一電解級電流的在線電解混合澄清槽。
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種在線電解混合澄清槽，由電解級和非電解級，或僅有電解級所組成，每個電解級的澄清室內(nèi)設(shè)置電極，陰極和陽極互相交錯，在作為電極的同時也構(gòu)成了料液的流動通道。
[0009]本發(fā)明還可以:
該裝置由I-20個電解級組成。
[0010]所述澄清室內(nèi)的電極為“E”字形陰極和“U”字形陽極交錯形成。
[0011 ] 在線電解混合澄清槽的槽體為有機玻璃或不銹鋼或鈦材料。
[0012]使用時各電解級的電流的大小從離進料近的電解級到遠的電解級逐漸減小。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
該裝置在澄清室中設(shè)置了電極，電極采用陰極和陽極平行相互交錯的結(jié)構(gòu)，使電場的分布均勻，料液的流動狀況有較大改善，電極的利用率大大提高，而且在線電解混合澄清槽的槽體不再采用共陰極的設(shè)計，各級電極的電流可單獨定量控制，能有效減少副反應(yīng)的發(fā)生。該裝置能非常有效的實現(xiàn)鈾钚分離，分離效果明顯優(yōu)于原來的電解混合澄清槽，分離系數(shù)均明顯大于104。用于钚純化循環(huán)時，钚的還原反萃率達到99.999%。
[0014]采用E形陰極、U形陽極并相互交錯放置的設(shè)計，電場分布更加均勻，極大地提高了電極利用率。
[0015]離進料級近的電解級電極施加大電流，離進料級遠的電極施加小電流，這樣能夠充分反萃钚，同時減少副反應(yīng)的發(fā)生。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1前聯(lián)邦德國電解混合澄清槽結(jié)構(gòu)剖視圖圖2前聯(lián)邦德國電解混合澄清槽結(jié)構(gòu)俯視圖
圖3陰陽極共區(qū)的電解混合澄清槽結(jié)構(gòu)剖視圖圖4本發(fā)明的結(jié)構(gòu)俯視圖圖5鈾钚分離工藝流程圖1混合室、2澄清室、3陰極、4陽極、5水相、6有機相、7攪拌器。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細描述:
一種在線電解混合澄清槽，由電解級和非電解級，或僅有電解級所組成，每個電解級分為混合室I和澄清室2，澄清室2內(nèi)設(shè)置電極，電極的陰極3和陽極4采用互相交錯的形式，在作為電極的同時也構(gòu)成了料液的流動通道。其中電極可以采用“E”形陰極3和“U”形陽極4相互交錯形成流道，也可以采用“E”形陰極3和“E”形陽極4相互交錯形成流道，或“U”形陰極3和“U”形陽極4相互交錯形成流道等形式，無論采用什么形式的電極只要保證電極的電場分布均勻，料液必須流過電極所形成的流道且基本無死角。非電解級也分為混合室I和澄清室2，與電解級的區(qū)別是非電解級內(nèi)無電極。[0018]本發(fā)明根據(jù)使用目的來確定電解級和非電解級的數(shù)目。其中實現(xiàn)鈾钚分離時，通常采用I-20個電解級,4-8個非電解級；钚純化循環(huán)钚的還原反萃時,通常采用4-15個電解級，而基本無非電解級。同時依據(jù)要處理料液的濃度確定電解級中電流的大小和分布，由于進料級后幾級有機相6中钚濃度高，也就是說要反萃的钚多，且進料級后幾級由于有機相6中的酸被反萃到水相5，水相5酸度較大利于鈾和钚的電解還原，因此在離進料近的幾級施加大電流，離進料級遠的地方施加小電流，以充分還原钚并減少副反應(yīng)的發(fā)生。為了提聞杯中除袖效果，提聞IBS料液的酸度，以利于袖的補萃。
[0019]如圖4所示，本實施例中在線電解混合澄清槽的陰極3采用金屬鈦，呈“E”字形，陽極4為鈦涂鉬，呈“U”字形，陰陽極互相交錯形成流道。從混合室I通過攪拌器7出來的混合液體先沖擊E形陰極3，然后沿著陰陽極交錯所形成的流道流動。流動過程中，一方面進行著兩相的分相澄清，另一方面也進行著電解。這種設(shè)計電場分布均勻，因此電極利用率大大提高，不必需要整個槽體都作為陰極3 ;而且料液的流動狀況較原先的裝置有所改善，死角和死體積減少。由于不再采用槽體共陰極的設(shè)計，各級電流可單獨定量地控制，能有效減少副反應(yīng)的發(fā)生。使用本實施例的鈾钚分離工藝，如圖5所示，采用10個電解級用于钚的還原反萃，6個非電解級用于鈾的補萃。
[0020]實施例1
在線電解混合澄清槽的槽體采用有機玻璃，方便觀察設(shè)備的運行。陰極3采用鈦電極，陽極4采用鈦涂鉬電極。混合室I體積為5ml,澄清室2的體積為13ml。如圖4所示,采用16級電解級，10級電解反萃，6級補萃。共施加600mA的電流，電流分布如表I所示。
【權(quán)利要求】
1.一種在線電解混合澄清槽，由電解級和非電解級，或僅有電解級所組成，其特征在于，每個電解級的澄清室內(nèi)設(shè)置電極，陰極和陽極互相交錯，在作為電極的同時也構(gòu)成了料液的流動通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在線電解混合澄清槽，其特征在于，該裝置由I-20個電解級組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在線電解混合澄清槽，其特征在于，所述澄清室內(nèi)的電極為“E”字形陰極和“U”字形陽極交錯形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在線電解混合澄清槽，其特征在于，在線電解混合澄清槽的槽體為有機玻璃或不銹鋼或鈦材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種在線電解混合澄清槽，其特征在于，使用時各電解級的電流的大小從離進料近的 電解級到遠的電解級逐漸減小。
【文檔編號】C25C7/00GK103451683SQ201210167175
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月28日
【發(fā)明者】袁中偉, 李會蓉, 晏太紅, 鄭衛(wèi)芳, 左臣, 卞曉艷, 張柏青, 李傳博, 張宇, 鮮亮, 曹智 申請人:中國原子能科學(xué)研究院