LiCl-KCl熔盐体系中铀与铈电化学分离研究

摘要

LiCl-KCl熔盐体系中铀与稀土元素在惰性电极上的分离是电解精炼干法流程中去污的关键步骤.采用方波伏安法(SWV)和开路计时电位法(OCP)研究了 LiCl-KCl熔盐体系中U4+和Ce3+的电化学行为,探讨了 U4+与Ce3+的还原机理,得到了 U3+/U和Ce3+/Ce的表观还原电势.随后,采用恒电位电解法电化学分离了 UCl4-CeCl3和UCl3-CeCl3,使用能量色散X-射线光谱(EDS)和电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)确定了电解产物中各元素含量及分离因子.电化学行为研究结果表明,U4+分两步还原为金属(U4+→U3+、U3+→U),Ce3+可一步还原为金属.恒电位电解UCl4-CeCl3,产物中含有33.0％的Ce,未能有效地分离铀与铈;金属锂还原UCl4得到UCl3后,恒电位电解UCl3-CeCl3得到枝晶状和片状两种形貌的电解产物.ICP-MS分析结果表明,枝晶状电解产物中U和Ce含量分别为93.84％和5.05％,U与Ce的分离因子为155.1;片状电解产物中U和Ce含量分别为92.65％和5.54％,U与Ce的分离因子为131.7.