[发明专利]一种熔盐体系中二氧化铀电沉积终点的判断及自动响应方法

说明书

本发明提供一种熔盐体系中二氧化铀电沉积终点的判断及自动响应方法，确定在目标熔盐体系中二氧化铀的沉积电位和其他主要离子的的氧化还原电位；将惰性金属阴极(3)和惰性阳极(4)插入正在进行二氧化铀电沉积过程的熔盐中，分别接通直流恒流电源(1)的负极和正极，构成检测回路，电压比较器模块(2)的输入端与其并联；通过电压比较器模块(2)控制输出回路，输出回路中包含一个常开开关(5)和一个独立电源(6)，响应模块(7)可根据实际需要选择指示灯、蜂鸣报警器、电磁继电器装置以实现自动响应和自动控制。本发明在方法的应用过程中不向熔盐体系中引入其他元素，不会造成溶剂盐和沉积产物的污染，实现自动响应或自动控制。

技术领域

本发明涉及一种熔盐体系中二氧化铀电沉积终点的判断及自动响应方法，属于乏燃料干法后处理领域。

背景技术

核能是可大规模利用的清洁能源，是目前人类能找到的最高效的能源供给方式；同时，核能在其合理利用过程中，对自然环境的污染压力相对较小，能够通过技术手段实现对污染的有效控制，使污染降低到自然环境自净能力以下。因此，近五十年来全球核能产业飞速发展，截至2019年全球共有400多座反应堆正在运行。但同时，核能也是一种不可再生能源，在地球上，适用于裂变且可以利用的核燃料资源的储藏量是有限的，而当前人类实现核能发电主要是利用热中子堆核电站，这种核电站对核燃料资源的利用效率十分低下，在一次核反应中有大概百分之九十九的核燃料资源并没有被有效的利用。而对于从反应堆中卸出的乏燃料，一些国家主张以“一次通过核燃料循环”的方式对其进行处理，这种处理方式完全只准求短期的经济利益，造成了铀(U)资源的严重浪费，并且从环境保护的角度来看，这种以直接填埋为主的处理方式也极大的增加了乏燃料对自然环境产生危害的可能。因此，必须对从反应堆中卸出的乏燃料进行后处理，回收其中的铀资源，才能实现核能的清洁利用和可持续发展。

铀的分离和回收是乏燃料后处理的首要步骤，基于此俄罗斯原子反应堆研究所(RAIR)开发了氧化物电沉积流程，在熔盐体系中通过电解将高价铀氧化物离子(UO₂²⁺)还原为UO₂沉积物。目前，这一流程已在俄罗斯实现半工业化，而我国也对铀氧化物的电沉积过程进行了深入的研究，并取得了一定成果。不过，大规模工业化生产与实验室研究也存在着一些差异。在UO₂的工业化生产过程中，一直缺乏一种灵敏、直观的方法，以对UO₂的电沉积终点进行判断，从而便于实际生产过程中的技术人员进行后续的操作。

发明内容

本发明的目的是为熔盐体系中铀酰离子电沉积二氧化铀过程提供一种沉积终点的判断及自动响应方法。使用电化学方法监测其沉积终点，利用电压比较器模块来实现在沉积终点处的自动响应，响应方式可根据实际需要选择适宜的模块来实现，例如：亮灯指示、蜂鸣报警、自动加料等。

本发明的目的是这样实现的：

在使用本方法前需要确定在目标熔盐体系中二氧化铀的沉积电位和其他主要离子的的氧化还原电位；

使用本方法监测熔盐体系中二氧化铀的电沉积过程，将惰性金属阴极(3)和惰性阳极(4) 插入正在进行二氧化铀电沉积过程的熔盐中，分别接通直流恒流电源(1)的负极和正极，构成检测回路，电压比较器模块(2)的输入端与其并联；

通过电压比较器模块(2)控制输出回路，输出回路中包含一个常开开关(5)和一个独立电源(6)，响应模块(7)可根据实际需要选择指示灯、蜂鸣报警器、电磁继电器等装置以实现自动响应和自动控制；

在进行监测前，使用串口对电压比较器模块进行校准，使测量电压的偏差精确到±0.1V；

对电压比较器模块进行设置，根据实际情况，响应电压设定值应大于二氧化铀的沉积电位值；

本方法采取恒电流电解的方式进行监测,应根据实际情况选择监测电流；