Tb(Ⅲ)在熔盐体系中不同电极上的电化学行为及Tb-M(M=Bi,Cu,Al)合金的制备

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乏燃料后处理是制约核能可持续发展的关键,而熔盐电解是干法后处理的主要步骤。铽是典型的裂变元素,从锕系中分离比较困难,因此,研究Tb(Ⅲ)在LiCl-KCl熔盐体系中不同电极(液态Bi,Bi膜电极和固态Cu)上的电化学行为、计算Tb-M(M=Bi,Cu)金属间化合物的热力学性质并制备Tb-M(M=Bi,Cu)合金。同时,研究了AlF3对Tb4O7的氟化作用并采用直接电解法由Tb4O7制备合金Tb-Al合金。  1.通过一系列的电化学方法研究LiCl-KCl熔盐中Tb(Ⅲ)在液态Bi和Bi膜电极上的电化学反应。与W电极相比,Tb(Ⅲ)在液态Bi和Bi膜电极上的还原电势要更正,表明Tb(Ⅲ)在两种Bi电极上均发生了欠电位沉积。在液态Bi电极上, Tb(Ⅲ)转变成 in liquid BiTb的电化学反应是准可逆和扩散控制的过程。通过电动势法计算了673-873 K温度范围内Tb在Tb-Bi金属间化合物中的活度和偏摩尔Gibbs自由能、不同Tb-Bi金属间化合物的标准摩尔生成吉布斯自由能、生成焓和生成熵。而且,在LiCl-KCl-TbCl3熔盐体系中,以液态Bi为阴极,分别以0.02 A和0.05 A恒电流电解制备Tb-Bi合金。通过对Tb-Bi合金进行X射线衍射(XRD)和扫描电镜-能量散射谱(SEM-EDS)表征分析,结果表明Tb-Bi金属间化合物由TbBi相构成。  2.通过一系列的电化学方法研究了LiCl-KCl熔盐体系中Tb(Ⅲ)在活性Cu电极上的电化学行为。由循环伏安曲线和方波伏安曲线可知, Tb(Ⅲ)在Cu电极上出现了三个还原信号,对应于不同的 Cu-Tb金属间化合物的形成。并且,通过电动势法计算了 Tb在 Cu-Tb金属间化合物中的活度和偏摩尔 Gibbs自由能和Cu-Tb金属间化合物的标准摩尔生成Gibbs自由能。利用生成Gibbs自由能与温度的关系,计算了 Cu-Tb金属间化合物的标准摩尔生成焓和熵。而且,在固态Cu电极上以0.097 A恒电流电解制备Cu-Tb合金。并将得到的Cu-Tb合金进行了 XRD和扫描电镜-能量散射谱(SEM-EDS)表征分析,结果表明 Cu-Tb合金由CuTb和Cu2Tb组成。  3.在 NaCl-KCl-AlF3-Tb4O7体系中,首先对熔盐中的上清液和沉淀物进行了分析,XRD结果确定了Tb4O7能被AlF3氟化生成TbF3。然后,采用不同的电化学方法对NaCl-KCl-AlF3-Tb4O7体系在Mo电极上的电化学行为进行了研究。循环伏安、方波伏安、计时电位和开路计时电位等电化学方法的研究结果表明Tb(Ⅲ)在预先沉积的Al电极上发生欠电位沉积。在NaCl-KCl-Tb4O7-AlF3体系中以W为电极,恒电流电解制备Al-Tb合金,XRD和SEM-EDS对所得的合金进行了表征。结果表明在2.5A进行恒电流电解得到的Al-Tb合金是由Al和Al3Tb两相组成。
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