论文部分内容阅读
电解精炼是干法后处理中最有希望的后处理方法之一。目前商用压水堆、沸水堆和重水堆中都采用锆合金做包壳材料,废包壳材料中含有裂片元素,包壳材料和裂片元素的分离是乏燃料干法后处理的研究方向之一,本文以包壳材料Zr和稀土元素Dy为研究对象,研究Zr-Dy合金在LiCl-KCl熔盐体系下的电化学提取过程,主要从Zr和Dy的电化学行为、Zr-Dy合金的阳极溶解以及Zr-Dy合金中Zr和Dy的分离以及Dy的提取三个方面进行研究。
1.在温度为823K的LiCl-KCl熔盐体系中,采用一系列电化学方法研究了Zr(Ⅳ)和Dy(Ⅲ)在惰性W电极上的电化学行为,其中Zr(Ⅳ)在熔盐中是两步两电子转移,而Dy(Ⅲ)在熔盐中为一步三电子转移过程;并通过循环伏安法、计时电位法和开路计时电位法研究了这两种离子同时在W电极上的电化学行为,发现Zr和Dy之间存在固溶体的信号峰,确定了Zr、Zr-Dy固溶体、Dy的氧化还原电位。
2.在823K的温度下,首先采用开路计时电位法、线性扫描伏安法和方波伏安法研究了Zr的阳极溶解行为及其钝化现象。随着阳极溶解时间的增加,Zr离子在熔盐中的含量在增加。同时发现钝化现象在扫速较大的时候容易出现,并且随着阳极溶解时间的增加钝化电位会逐渐发生正移。然后在LiCl-KCl熔盐体系中,采用循环伏安法和线性扫描伏安法研究了Zr-Dy合金的阳极溶解行为及其钝化现象,发现溶解顺序依次为Dy>Zr-Dy>Zr,钝化现象随着扫速的增加变得更加明显。在LiCl-KCl熔盐体系中,选择了三种不同电流密度对Zr-Dy合金进行阳极溶解,并采用循环伏安法和方波伏安法对其阳极溶解过程进行了在线监测。发现随着阳极溶解的进行,Zr的氧化从两步两电子转移变为一步四电子转移。对不同电流密度下阳极溶解后的Zr-Dy合金进行了XRD和SEM-EDS表征,发现阳极溶解主要发生在合金表面,随着电流密度的增大,合金内部才逐渐溶解。
3.在823K的温度下,以Zr-Dy合金为阳极,Al为阴极,采用恒电流电解和恒电位电解的方法电化学提取Dy。恒电流电解过程表明:提高阳极电流密度和延长电解时间都能很好的促进Zr-Dy合金的阳极溶解。电解8h、100mA/cm2电流密度下进行阳极溶解,阳极溶解率为39.63%,阳极溶解速率为7.53g/cm2·h。阴极产物脱落在熔盐中,在阴极上未得到提取产物。恒电位电解工艺研究表明:选择较正的电极电位和延长电解时间都能很好的促进Zr-Dy合金的阳极溶解。当电极电位为-1.20V(vs. Ag/AgCl)恒电位、电解时间为8h,阳极溶解率为9.46%,阳极溶解速率达为1.58g/cm2·h,阴极电流效率为11.89%,阴极产物为Dy。采用SEM-EDS对Zr-Dy合金电化学提取后的阴极产物进行了分析,发现Dy分布在Al基体的表面,而并未发现Zr的存在。这一结果达到了电解分离Zr和Dy及电化学提取Dy的目的。
1.在温度为823K的LiCl-KCl熔盐体系中,采用一系列电化学方法研究了Zr(Ⅳ)和Dy(Ⅲ)在惰性W电极上的电化学行为,其中Zr(Ⅳ)在熔盐中是两步两电子转移,而Dy(Ⅲ)在熔盐中为一步三电子转移过程;并通过循环伏安法、计时电位法和开路计时电位法研究了这两种离子同时在W电极上的电化学行为,发现Zr和Dy之间存在固溶体的信号峰,确定了Zr、Zr-Dy固溶体、Dy的氧化还原电位。
2.在823K的温度下,首先采用开路计时电位法、线性扫描伏安法和方波伏安法研究了Zr的阳极溶解行为及其钝化现象。随着阳极溶解时间的增加,Zr离子在熔盐中的含量在增加。同时发现钝化现象在扫速较大的时候容易出现,并且随着阳极溶解时间的增加钝化电位会逐渐发生正移。然后在LiCl-KCl熔盐体系中,采用循环伏安法和线性扫描伏安法研究了Zr-Dy合金的阳极溶解行为及其钝化现象,发现溶解顺序依次为Dy>Zr-Dy>Zr,钝化现象随着扫速的增加变得更加明显。在LiCl-KCl熔盐体系中,选择了三种不同电流密度对Zr-Dy合金进行阳极溶解,并采用循环伏安法和方波伏安法对其阳极溶解过程进行了在线监测。发现随着阳极溶解的进行,Zr的氧化从两步两电子转移变为一步四电子转移。对不同电流密度下阳极溶解后的Zr-Dy合金进行了XRD和SEM-EDS表征,发现阳极溶解主要发生在合金表面,随着电流密度的增大,合金内部才逐渐溶解。
3.在823K的温度下,以Zr-Dy合金为阳极,Al为阴极,采用恒电流电解和恒电位电解的方法电化学提取Dy。恒电流电解过程表明:提高阳极电流密度和延长电解时间都能很好的促进Zr-Dy合金的阳极溶解。电解8h、100mA/cm2电流密度下进行阳极溶解,阳极溶解率为39.63%,阳极溶解速率为7.53g/cm2·h。阴极产物脱落在熔盐中,在阴极上未得到提取产物。恒电位电解工艺研究表明:选择较正的电极电位和延长电解时间都能很好的促进Zr-Dy合金的阳极溶解。当电极电位为-1.20V(vs. Ag/AgCl)恒电位、电解时间为8h,阳极溶解率为9.46%,阳极溶解速率达为1.58g/cm2·h,阴极电流效率为11.89%,阴极产物为Dy。采用SEM-EDS对Zr-Dy合金电化学提取后的阴极产物进行了分析,发现Dy分布在Al基体的表面,而并未发现Zr的存在。这一结果达到了电解分离Zr和Dy及电化学提取Dy的目的。