熔鹽電解干法后處理過程中初始熔鹽體系制備的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于核燃料循環(huán)干法后處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種熔鹽電解干法后處理過程中初始熔鹽體系制備的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]干法后處理是實現(xiàn)第四代反應(yīng)堆閉合燃料循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，熔鹽電化學(xué)分離技術(shù)是目前世界上研宄最為深入，也是最有應(yīng)用前景的干法后處理技術(shù)。熔鹽電解干法后處理利用鈾、钚與裂片元素離子在熔鹽體系中的氧化還原電位的差異實現(xiàn)鈾钚與裂片元素的分離，通常以LiCl-KCl共晶熔鹽作為溶劑。為啟動電解反應(yīng)，緩和電解初期電極反應(yīng)的極化現(xiàn)象，并提高鈾產(chǎn)品的純度，熔鹽電解初始熔鹽體系中需含有一定量(約10wt% )的鈾離子。
[0003]目前，熔鹽電解初始熔鹽體系中鈾離子的引入為直接向熔劑(LiCl-KCl共晶熔鹽)中加入氯化鈾。這種直接加入氯化鈾的方法需額外建立氯化鈾的生產(chǎn)線，增加了放射性物質(zhì)操作工序；此外生產(chǎn)線上制備的氯化鈾通常為三氯化鈾和四氯化鈾的混合物，后者的引入容易導(dǎo)致四價鈾在陰極不完全放電，造成電流空耗。
[0004]因此，現(xiàn)在急需研發(fā)一種向熔鹽電解初始熔鹽體系引入鈾離子的新方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一)發(fā)明目的
[0006]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明提供了一種無需額外建立氯化鈾生產(chǎn)線、可在電解槽內(nèi)原位引入鈾離子的干法后處理初始熔鹽體系制備的方法。
[0007]( 二)技術(shù)方案
[0008]為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0009]熔鹽電解干法后處理過程中初始熔鹽體系制備的方法，該方法包括以下步驟:
[0010](I)將LiCl-KCl共晶熔鹽及乏燃料加入至電解槽中，其中乏燃料浸入并懸于LiCl-KCl共晶熔鹽中下部；
[0011](2)加熱LiCl-KCl共晶熔鹽至其熔化，并恒溫使其處于熔融狀態(tài)；
[0012](3)通過耐高溫、耐腐蝕管道向步驟⑴所述的電解槽中通入氯化氣體，與乏燃料中的鈾反應(yīng)生成UCl3;
[0013](4)向步驟⑴所述的電解槽中通入氬氣吹掃，排除殘留于管道和熔鹽中的氯化氣體，得到熔鹽電解干法后處理所需初始熔鹽體系。
[0014]優(yōu)選地，步驟(I)中所述電解槽材質(zhì)為耐高溫、耐熔鹽腐蝕的鎳基合金。
[0015]優(yōu)選地，步驟(3)中所述的氯化氣體為HCl氣體或Cl2。
[0016]優(yōu)選地，步驟(I)中所述乏燃料位于多孔鍍鉑鈦籃中。
[0017]優(yōu)選地，步驟(3)中所述氯化氣體的流速為0.lL/min?1.0L/min。
[0018]優(yōu)選地，步驟(2)中所述加熱的溫度為450°C?550°C。
[0019]優(yōu)選地，步驟(3)中所述耐高溫、耐腐蝕管道為剛玉管或鎳基合金管。
[0020]優(yōu)選地，步驟(3)中所述氯化氣體的出口位于乏燃料正下方，氯化氣體由下往上接觸乏燃料。
[0021]優(yōu)選地，步驟(4)中向電解槽內(nèi)通入氬氣是經(jīng)由步驟(3)所述的耐高溫、耐腐蝕管道通入的。
[0022]優(yōu)選地，步驟(I)中所述電解槽位于高溫合金保護(hù)罐內(nèi)。
[0023]優(yōu)選地，所述高溫合金保護(hù)罐頂部集成有尾氣排放口，該尾氣排放口通過尾氣排放管道與尾氣處理裝置連接。
[0024]優(yōu)選地，所述尾氣排放管道的材質(zhì)為耐HCl氣體或Cl2腐蝕的聚四氟乙烯。
[0025](三)有益效果
[0026]本發(fā)明提供的初始熔鹽體系的制備方法，是在電解槽內(nèi)向浸入熔鹽內(nèi)的乏燃料中通入HCl氣體或Cl2氣體，通過乏燃料中鈾與氯化氣體反應(yīng)原位得到UCl 3，而非直接向熔劑中加入UCl3，具有以下有益效果:
[0027](I)無需額外建立UCl3生產(chǎn)線，縮短了放射性物質(zhì)操作工序，節(jié)約了生產(chǎn)成本，減少了放射性廢物的量和處置成本。
[0028]⑵HCl氣體或Cl2與乏燃料中的鈾反應(yīng)較快，且較徹底，反應(yīng)式為:
[0029]U+HC1 — UC13；U+C1 2— UCl 3;
[0030]該方法采用無鹽氯化試劑，避免了向體系中引入新的金屬雜質(zhì)元素。另外，通過控制HCl氣體或012的流速為0.lL/min?1.0L/min,不但保證了反應(yīng)氣體與乏燃料的充分接觸，使氯化氣體的利用率高達(dá)95%，同時也有效避免了氣體因過量引起的泄漏等問題。
[0031](3)乏燃料盛于多孔鍍鉑鈦籃中并應(yīng)懸于熔鹽中下部，HCl或(:12出口位于金屬正下方，由下往上接觸乏燃料，進(jìn)一步增加了氣體與乏燃料的接觸面積和反應(yīng)時間。
【具體實施方式】
[0032]下面將結(jié)合說明書和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
[0033]實施例1
[0034]熔鹽電解干法后處理過程中初始熔鹽體系制備的方法，該方法包括以下步驟:
[0035](I)將重量為300g的LiCl-KCl共晶熔鹽及50g乏燃料加入至電解槽中，其中乏燃料位于多孔鍍鉑鈦籃中浸入并懸于LiCl-KCl共晶熔鹽中下部；
[0036](2)加熱LiCl-KCl共晶熔鹽至450°C使其熔化，并恒溫使其處于熔融狀態(tài)；
[0037](3)通過鎳基合金管道向步驟⑴所述的電解槽中通入HCl氣體，與乏燃料中的鈾反應(yīng)生成UCl3，氣體的流速為0.lL/min ；
[0038](4)通過鎳基合金管道向步驟⑴所述的電解槽中通入氬氣吹掃，排除殘留于管道和熔鹽中的HCl氣體，得到熔鹽電解干法后處理所需初始熔鹽體系。
[0039]其中，所述電解槽材質(zhì)為耐高溫、耐熔鹽腐蝕的鎳基合金，所述HCl氣體的出口位于乏燃料正下方，由下往上接觸乏燃料。所述電解槽位于高溫合金保護(hù)罐內(nèi)，高溫合金保護(hù)罐頂部集成有尾氣排放口，該尾氣排放口通過尾氣排放管道與尾氣處理裝置連接，尾氣排放管道為耐HCl氣體或Cl2腐蝕的聚四氟乙烯。
[0040]該方法的結(jié)果表明，金屬鈾與HCl反應(yīng)較快，且反應(yīng)較為徹底，氯化氫的利用率為96%0
[0041]實施例2
[0042]與實施例1所用的方法和步驟相同，不同的是共晶熔鹽的加熱溫度為500°C，所用HCl氣體的流速為1.0L/min，通HCl氣體和氬氣的管道為剛玉管。
[0043]該方法的結(jié)果表明，金屬鈾與HCl反應(yīng)較快，且反應(yīng)較為徹底，氯化氫的利用率為95%。
[0044]實施例3
[0045]與實施例1所用的方法和步驟相同，不同的是共晶熔鹽的加熱溫度為550°C所用氯化氣體為Cl2，氣體的流速為0.5L/min。
[0046]該方法的結(jié)果表明，金屬鈾與Cl2反應(yīng)較快，且反應(yīng)較為徹底，氯化氫的利用率為97%。
【主權(quán)項】
1.熔鹽電解干法后處理過程中初始熔鹽體系制備的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: (1)將LiCl-KCl共晶熔鹽及乏燃料加入至電解槽中，其中乏燃料浸入并懸于LiCl-KCl共晶熔鹽中下部； (2)加熱LiCl-KCl共晶熔鹽至其熔化，并恒溫使其處于熔融狀態(tài)； (3)通過耐高溫、耐腐蝕管道向步驟(I)所述的電解槽中通入氯化氣體，與乏燃料中的鈾反應(yīng)生成UCl3; (4)向步驟(I)所述的電解槽中通入氬氣吹掃，排除殘留于管道和熔鹽中的氯化氣體，得到熔鹽電解干法后處理所需初始熔鹽體系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔鹽電解干法后處理過程中初始熔鹽體系制備的方法，其特征在于，步驟(I)中所述電解槽材質(zhì)為耐高溫、耐熔鹽腐蝕的鎳基合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔鹽電解干法后處理過程中初始熔鹽體系制備的方法，其特征在于，步驟(3)中所述的氯化氣體為HCl氣體或Cl2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔鹽電解干法后處理過程中初始熔鹽體系制備的方法，其特征在于，步驟(I)中所述乏燃料位于多孔鍍鉑鈦籃中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔鹽電解干法后處理過程中初始熔鹽體系制備的方法，其特征在于，步驟(3)中所述氯化氣體的流速為0.lL/min?1.0L/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔鹽電解干法后處理過程中初始熔鹽體系制備的方法，其特征在于，步驟(2)中所述加熱的溫度為450°C?550°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔鹽電解干法后處理過程中初始熔鹽體系制備的方法，其特征在于，步驟(3)中所述耐高溫、耐腐蝕管道為剛玉管或鎳基合金管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔鹽電解干法后處理過程中初始熔鹽體系制備的方法，其特征在于，步驟(3)中所述氯化氣體的出口位于乏燃料正下方，氯化氣體由下往上接觸乏燃料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔鹽電解干法后處理過程中初始熔鹽體系制備的方法，其特征在于，步驟(4)中向電解槽內(nèi)通入氬氣是經(jīng)由步驟(3)所述的耐高溫、耐腐蝕管道通入的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔鹽電解干法后處理過程中初始熔鹽體系制備的方法，其特征在于，步驟(I)中所述電解槽位于高溫合金保護(hù)罐內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的熔鹽電解干法后處理過程中初始熔鹽體系制備的方法，其特征在于，所述高溫合金保護(hù)罐頂部集成有尾氣排放口，該尾氣排放口通過尾氣排放管道與尾氣處理裝置連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的熔鹽電解干法后處理過程中初始熔鹽體系制備的方法，其特征在于，所述尾氣排放管道材質(zhì)為耐HCl氣體或Cl2腐蝕的聚四氟乙烯。
【專利摘要】本發(fā)明屬于核燃料循環(huán)干法后處理技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種熔鹽電解干法后處理過程中初始熔鹽體系制備的方法。該方法是通過向位于電解槽里的LiCl-KCl共晶熔鹽及乏燃料通入氯化氣體實現(xiàn)向熔鹽中引入鈾離子，得到熔鹽電解干法后處理所需初始熔鹽體系。該方法具備氯化氣體氯化率高、可在電解槽里原位引入鈾離子、無需額外建立氯化鈾生產(chǎn)線的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】C25C3-34
【公開號】CN104562089
【申請?zhí)枴緾N201410554714
【發(fā)明人】林如山, 何輝, 唐洪彬, 葉國安
【申請人】中國原子能科學(xué)研究院
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年10月17日