[发明专利]一种三氟化铀的电沉积方法

说明书

本发明涉及一种三氟化铀的电沉积方法，包括如下步骤：S1，提供熔融的含四氟化铀的氟化物熔盐作为电解液；S2，提供活性金属作为阳极，提供石墨或惰性金属作为阴极；S3，在阳极施加正向电流或在阳极和阴极间施加正向电压，使得阳极的活性金属发生氧化反应而溶解生成金属离子，四氟化铀在阴极发生还原反应而沉积生成三氟化铀。根据本发明的三氟化铀的电沉积方法，采用活性金属为阳极在氟化物熔盐中电沉积三氟化铀，具有制备条件温和、易于控制、操作简便和省时高产的优点。

技术领域

本发明涉及熔盐堆燃料制备领域，更具体地涉及一种三氟化铀的电沉积方法。

背景技术

三氟化铀(UF₃)是铀的氟化物之一，具有较高的稳定性，在熔盐堆运行和燃料盐制备方面有着重要应用。熔盐堆运行过程中，燃料盐中四氟化铀裂变过程中会产生过量的氟，从而加剧了燃料盐对堆内结构材料的腐蚀性。而燃料盐中的UF₃能与氟反应生成UF₄，可有效降低其对结构材料的腐蚀。UF₃也是对出堆后熔盐燃料进行重构的重要原料。鉴于上述原因，有必要发展三氟化铀的简便、高产的制备方法。

目前，UF₃的制备方法主要有固相还原法和熔盐相还原法。固相还原法主要采用氢气或金属(如金属铀和金属铝)作为还原剂，在高温炉中将UF₄还原为UF₃。固相还原法能得到纯度很高UF₃，但其操作繁琐、易产生放射性粉尘和原料含易燃易爆气体。熔盐相还原法采用金属铍或金属锆为还原剂，在氟化物熔盐中将UF₄还原成UF₃。在熔盐相中将UF₄还原成UF₃能有效避免放射性粉尘的产生，但目前还没有形成具有良好的可控性和高产率的工艺。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的反应可控性差、反应温度高和产物难分离等问题，本发明旨在提供一种三氟化铀的电沉积方法。

本发明所述的三氟化铀的电沉积方法，包括如下步骤：S1，提供熔融的含四氟化铀的氟化物熔盐作为电解液；S2，提供活性金属作为阳极，提供石墨或惰性金属作为阴极；S3，在阳极施加正向电流或在阳极和阴极间施加正向电压，使得阳极的活性金属发生氧化反应而溶解生成金属离子，四氟化铀在阴极发生还原反应而沉积生成三氟化铀。

该氟化物熔盐为氟化钠、氟化锂、氟化钾、氟化铍和氟化钙中的至少一种与四氟化铀的混合物。

该氟化物熔盐为LiF-BeF₂-UF₄、LiF-CaF₂-UF₄、LiF-UF₄或LiF-NaF-KF-UF₄。

在本发明中，氟化物熔盐中的含氧量优选小于200ppm，因为如果含氧量过高，将易于生成二氧化铀，并从熔盐中沉淀出来。另外，氟化物熔盐中的铀(U)的质量百分比较佳地为3％以上。

该活性金属为锆、钍和铍中的至少一种。

该阳极的形状为片状、板状、棒状或颗粒。

该惰性金属为钨、镍、钼和铂中的至少一种。

该阴极的形状为片状、板状或棒状。

应该理解，根据金属表面的清洁和氧化程度，可以对金属进行清洗和表面抛光处理以除去表面氧化层，使电极材料裸露。根据不同的电极形状采用合适的连接方式将其与电源连接。一般用惰性金属丝将阳极和阴极与电源连接，或用电极夹具固定阳极材料和阴极材料后，通过导线连接至电源。当电极材料的形状(如颗粒)不易于固定或连接时，可将电极材料包裹在惰性金属网中，通过惰性金属丝缠绕固定在电极夹具上，再通过导线与电源阳极连接。