熔盐电解精炼法回收锕系元素一直是近年来处理乏燃料的重要手段,本文采用铈镓合金为模拟料,开展了在NaCl-KCl-CeC13熔盐体系中的电解精炼法纯化过程及相关基础研究。首先,开展了铈的熔盐氯化实验,实验研究表明,呈液态的金属铈是能够与HC1快速发生反应的,且该反应可定量地进行,说明用HCl氯化法向熔盐中引入CeC13的方法是可行的。研究中发现,在HC1的通入速率超过一定值后,在尾气中会检测到有未反应的HC1排出,说明在该过程中控制HC1的通入速度与通入量十分重要,必须保证HC1气体与金属的充分接触。然后,综合采用循环伏安法、方波伏安法和断电流法研究了 NaCl-KCl熔盐体系中铈离子和镓离子的阴极还原过程。研究结果表明,在NaCl-KCl熔盐体系中,Ce3+在钼电极上发生一步三电子转移的可逆电化学还原过程,反应受扩散控制,1123K时的扩散系数为0.12 ×10-5 cm2·s-1,其表观还原电位随温度的变化关系为Eo’=-2.535 +5.458×10-4T(V);Ga3+在钼电极上发生分步还原过程,即Ga3+ + 2e → Ga+和Ga++ →Ga,两步反应均为受扩散控制的可逆过程,Ga3+在1123K下的扩散系数为0.16×10-5 cm2·s-1,两步反应的表观还原电位随温度的变化关系分别为Eot2c=-0.732 +5.40×10-4T(Ⅴ)和Eo’3c=-2.129+1.21 ×10-3T(V)。最后,熔盐电解精炼法纯化铈的实验研究表明,在NaCl-KCl-CeCl3熔盐体系中,在CeC13含量为30 wt%,电解温度为850-900℃,电流密度为6-9 A/cm2的条件下,对Ce-Ga(10wt%)合金进行熔盐电解精炼,铈的平均直收率为64.3%,平均阴极电流效率约为63.5%。所得金属铈产品的纯度达99.9%,对镓的分离系数达104,主要的金属杂质为铝、钠和钼。