[发明专利]一种含铀低温熔盐体系的反应介质、该体系的制备方法及应用有效

专利信息
申请号: 201710749395.9 申请日: 2017-08-28
公开(公告)号: CN107779615B 公开(公告)日: 2019-11-12
发明(设计)人: 唐浩;贾建平 申请(专利权)人: 中国工程物理研究院材料研究所
主分类号: C22B60/02 分类号: C22B60/02;G21C3/54
代理公司: 成都九鼎天元知识产权代理有限公司 51214 代理人: 沈强
地址: 621907 四*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 低温 体系 制备 方法 应用
【说明书】:

发明公开了一种含铀低温熔盐体系、其制备方法及其在电解制备金属铀领域的应用,目的在于解决在目前乏燃料干法后处理中,通常采用400~500℃温度范围内LiCl‑KCl‑UCl3熔盐体系,熔盐电解精炼铀生成结构松散的树枝状金属铀易造成电解池短路,不能大规模连续生产的问题。采用本发明的含铀低温熔盐体系电解制备的金属铀纯度高,结构紧密,形貌为瘤结状(而采用LiCl‑KCl‑UCl3熔盐体系制备的金属铀是结构松散的树枝状,其与本发明存在本质的区别),电解精炼流程安全可控,能应用于开发工业化乏燃料干法后处理技术以及满足我国工业化连续生产高纯金属铀的需求,具有较好的应用前景。进一步,本发明生产工艺简单,对设备和实验条件要求低,能耗和污染小,具有较好的应用前景,值得大规模推广和应用。

技术领域

本发明涉及化工领域,特别是核化工领域,尤其是金属铀制备与回收领域,具体为一种含铀低温熔盐体系、其制备方法及应用。本发明提出一种基于低温溴化物熔盐体系的含铀低温熔盐体系,并通过氧化还原反应原位制备出含铀低温熔盐体系,并基于该熔盐体系制备出结构紧密的非树枝状高纯固态金属铀,其对于发展乏燃料干法后处理技术以及高纯度金属铀的制备具有重要的进步意义。

背景技术

在乏燃料干法后处理技术中,采用熔盐电解精炼法回收铀是其核心流程之一;目前,该流程通常采用LiCl-KCl-UCl3熔盐体系,在400~500℃温度范围内进行电解精炼。然而,该熔盐体系制备的金属铀形貌是树枝状,结构松散,金属铀生长过程无法得到有效控制,易造成电解池短路。当前,针对这一问题,美国爱达荷国家实验室通过设计机械刮刀,并将其安装在电极附近,通过机械方式不断的将树枝状金属铀从电极上剥离出去。该方法虽然理论上可以抑制电解池短路,但在实际操作中,电解池仍然会短路,其原因在于:机械刮刀不可能完全剥离树枝状金属铀。此外,由于加入机械刮刀,导致电解精炼流程无法连续操作,电解池结构复杂,维修困难,流程安全性低。

为了从根本上解决上述问题,需要改变电解精炼铀的结构和形貌,抑制树枝状金属铀的生长。

另一方面,金属铀是核能的重要原料,而生产用作反应堆的高纯金属铀则相当困难。目前,金属铀通常采用钙或镁热还原四氟化铀获得粗铀锭,再采用真空感应炉进一步纯化,以获得高纯金属铀。但铀能与氧、氮和碳生成很稳定的化合物,且反应过程易带入铁、铬等杂质,这使得现有方法制备的金属铀纯度只能达到99.95%,无法满足反应堆高纯金属铀的应用需求。

为此,迫切需要一种新的方法和/或装置,以解决上述问题。

发明内容

本发明的发明目的在于:针对在目前乏燃料干法后处理中,通常采用400~500℃温度范围内LiCl-KCl-UCl3熔盐体系,熔盐电解精炼铀生成结构松散的树枝状金属铀易造成电解池短路,不能大规模连续生产的问题,提供一种含铀低温熔盐体系、其制备方法及应用。更具体地,本发明为一种适合于工业化乏燃料干法后处理技术以及电解制备高纯金属铀的低温含铀熔盐体系。采用本发明的含铀低温熔盐体系,电解制备的金属铀纯度高,结构紧密,形貌为瘤结状(而采用LiCl-KCl-UCl3熔盐体系制备的金属铀是结构松散的树枝状,其与本发明存在本质的区别),电解精炼流程安全可控,能应用于开发工业化乏燃料干法后处理技术以及工业化连续生产高纯金属铀领域,具有较好的应用前景。进一步,本发明生产工艺简单,对设备和实验条件要求低,能耗和污染小,具有较好的应用前景,值得大规模推广和应用。

为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

一种含铀低温熔盐体系,该熔盐体系包括溴化锂、溴化钾和溴化铯,该熔盐体系的熔点低于300℃。

所述溴化锂、溴化钾和溴化铯的摩尔比为(0.45~0.65)∶(0.05~0.25)∶(0.20~0.40)。

该熔盐体系还包括卤化铀,所述卤化铀中铀在熔盐体系内的质量分数为0.5~5.0%。

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