[发明专利]一种原位监测熔盐电解精炼过程中稀土离子浓度的方法

说明书

一种原位监测熔盐电解精炼过程中稀土离子浓度的方法。本发明属于核燃料干法后处理技术领域。本发明的目的是为了解决现有利用电化学分析法监测电解精炼过程中稀土离子浓度的技术存在局限性以及测量误差较大的技术问题。本发明的方法：采用三电极体系依次测定循环伏安、方波伏安、差分脉冲伏安曲线，每1‑5分钟执行一次测试，直到观察峰值电流不随时间变化，绘制三种测试曲线峰值电流密度随稀土离子浓度变化的校准曲线；原位监测电解精炼过程中稀土离子浓度。本发明的一种原位监测熔盐电解精炼过程中稀土离子浓度的方法的监测上限高达1.41×10^‑4mol cm^‑3，最快可13s可运行一次程序完成一次稀土离子浓度监测，试验过程稳定可靠，重复性好，且能够快速分析。

技术领域

本发明属于核燃料干法后处理技术领域，具体涉及一种原位监测熔盐电解精炼过程中稀土离子浓度的方法。

背景技术

高温熔盐电解精炼技术是目前过各国研究最为广泛的乏燃料干法后处理技术，通过阳极溶解可以将固体乏燃料溶于熔盐中，根据锕系元素及稀土元素在阴极上的还原析出电位的不同分别进行电解分离回收。利用固态阴极电解沉积回收大部分的铀，再利用液态阴极将其他铀、钚等锕系元素一起回收，使锕系元素与稀土元素分离，达到核能资源循环利用的目的。熔盐中的锕系元素不能完全提取，因此，至关重要的是能够在任何时间点确定盐中金属离子的的浓度，现有通过采样并使用质量跟踪应用程序来跟踪盐中的铀和钚。由于需要长时间进行样品分析，因此这种方法很慢，并且不符合国际保障措施的准确性和及时性要求，因此需要开发一种更好的方法，最好是实时或近距离工作的方法。

电化学分析法，具有快速便捷、灵敏、较准确及易于实现连续测定等特点，传感器可远离二次仪表，在现场检测和过程控制与分析中具有其他分析方法所无可比拟的优势。因此利用电化学方法原位监测电解精炼过程中稀土离子浓度，能实时监测工艺物料含量，可实现远距离操作等优点，有利于研究熔盐过程中的化学过程，确定反应机理，监测目标离子，并为过程控制和高温熔融盐的优化提实时供反馈。但是现有报道关于在线监测电解精炼过程都是监测一种稀土离子的实时浓度，在乏燃料干法后处理中需要确定多种稀土离子的实时浓度，因此可开发一种可原位监测两种甚至多种稀土离子的监测方法是必要的。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有利用电化学分析法监测电解精炼过程中稀土离子浓度的技术存在局限性以及测量误差较大的技术问题，而提供一种原位监测熔盐电解精炼过程中稀土离子浓度的方法。

本发明的一种原位监测熔盐电解精炼过程中稀土离子浓度的方法按以下步骤进行：

步骤一、将无水LiCl和无水KCl放入氧化铝坩埚中混合均匀，进行干燥预处理，然后将氧化铝坩埚放入电解槽中，通入高纯氩气，加热升温至400～700℃，得到LiCl和KCl的熔盐；

步骤二、以W丝为阴极，以光谱纯导电体石墨为阳极，以银/氯化银电极为参比电极，将阴极、阳极和参比电极插入步骤一得到的LiCl和KCl的熔盐中连接电化学工作站，恒电位电解4h～10h，除去熔盐中的杂质离子，然后更换新的W丝；

步骤三、向步骤二后的熔盐中加入不同量的氯化稀土，用氧化铝搅拌棒搅拌1min～2min，获得不同稀土离子浓度的熔盐，然后利用电化学工作站分别对不同稀土离子浓度的熔盐依次进行循环伏安测试、方波伏安测试、差分脉冲伏安测试，每隔1min～5min执行一次测试，直到观察峰值电流不随时间变化，记录该种测试下不同稀土离子浓度的熔盐中稀土离子还原峰值电流后进行下一种测试，最后根据稀土离子的氧化还原电位，绘制三种测试方法得到的不同稀土离子浓度与峰值电流密度关系的校准曲线；

步骤四、依次采用循环伏安测试、方波伏安测试、差分脉冲伏安测试对熔盐电解精炼过程中的稀土离子浓度进行原位监测，监测时以W丝为阴极，记录每种测试过程中不同时间下的峰值电流，对照步骤三所得校准曲线即可得到稀土离子的实时浓度。

进一步限定，步骤一中所述无水LiCl与无水KCl的质量比为45.8：54.2。