【摘要】：為了實現(xiàn)核燃料循環(huán),干法后處理由于它的過程簡單,對環(huán)境污染少等問題而獨具優(yōu)勢。為了提高核燃料的利用率,我國提出了先進乏燃料的閉式循環(huán)的理念。其最關(guān)鍵的問題在于將輕水堆乏燃料轉(zhuǎn)變?yōu)榭熘凶臃磻?yīng)堆所需要的金屬燃料。FFC過程的提出為氧化物與金屬間的之間轉(zhuǎn)變提供了一個新的思路。本文主要選取了具有代表性的兩種乏燃料氧化物ZrO_2與UO_2,探討了它們在923K LiCl熔鹽中各自的電解還原情況。ZrO_2是一種極具代表性的非放射性氧化物,在工業(yè)和航天等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。然而,ZrO_2具有高度熱穩(wěn)定性與差導(dǎo)電性,致使其電解還原具有一定的困難性,NiO的添加能夠促進ZrO_2的還原,形成Ni-Zr合金。以此,為電解還原氧化物積累經(jīng)驗。參比電極對電極反應(yīng)的監(jiān)測與控制起到至關(guān)重要的作用,一般傳統(tǒng)的參比電極難以承受電解還原氧化物的高溫條件。因此制備適合923K LiCl熔鹽體系的Li-Bi合金參比電極,實現(xiàn)了兩電極體系向三電極體系的轉(zhuǎn)變是必要的。UO_2是輕水堆乏燃料的主要成分,乏燃料的循環(huán)也主要是針對鈾的回收。因此研究UO_2的電解還原極具意義。據(jù)此,本文主要進行了如下三個方面的研究:一、對NiO、ZrO_2與NiO-ZrO_2分別進行了理論計算與循環(huán)伏安掃描驗證了其還原的可能性。在923K條件下,分別研究了不同裝載形式、摩爾比、制片條件以及LiCl-Li_2O體系等因素對電解還原產(chǎn)品的影響,并對電解產(chǎn)品成分進行了表征與分析。二、制備了適合于923K LiCl熔鹽體系氧化物還原的碳化硼裝載的Li-Bi合金參比電極,并對其穩(wěn)定性、重復(fù)使用性、平行性、可逆性以及氮化硼的腐蝕情況等方面性能進行了一系列的評估。三、理論分析與循環(huán)伏安證明了UO_2還原的可行性。測定了空白不銹鋼網(wǎng)兜與含有UO_2片的電勢-電流曲線,判斷了電解還原UO_2的電流條件與反應(yīng)的截止電壓。利用合適的電流對UO_2進行了恒電流電解還原制備金屬U,并對其電解效率進行評估。XRD與SEM-EDS技術(shù)對產(chǎn)品成分與形貌進行分析。
【學(xué)位授予單位】：南華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TL249
【圖文】：

圖 1.1 金屬乏燃料的熔鹽電解精煉以 LiCl-KCl 共熔鹽作為介質(zhì)，但由于 LiCl-KCl 鹽具須在無水無氧惰性氣體（如 Ar）環(huán)境下操作。由 Lmol%LiCl-42.8mol%KCl 鹽的最低熔點為 353℃，因滿足實驗需求。在電解時，將金屬乏燃料置于陽極吊）在合適的電化學(xué)條件下會在固體陰極不銹鋼棒上沉積多余的 U、超鈾（TRU）以及部分稀土金屬（RE金屬以及部分稀土裂變碎片（FPs）會溶于 LiCl-KC屬以及合金燃料中 Zr 金屬會沉于電解裝置底部的液國家實驗室（INL）已經(jīng)采取了此流程處理 EBR-2 乏流程已經(jīng)處理了 3.4 噸的 EBR-2 乏燃料，充分驗證[21]。

圖 1.2 氧化物乏燃料電還原與電解精煉此乏燃料氧化物電解還原過程主要是基于 2000 年劍橋大學(xué)提出的 FFC 流程[14]。該流程陰陽電極發(fā)生的反應(yīng)如下：陰極反應(yīng)：MxOy+ye-=xM+yO2-陽極反應(yīng)：2O2--4e-=O2（g）M 代表金屬元素，MxOy代表金屬氧化物。但是據(jù)相關(guān)研究報道， UO2并不能夠徹底被電解還原，即得到 U 的粗金屬。再將粗金屬 U 通過電精煉流程就能得到純金屬 U。這一基本流程 INL 對 EBR-3 的氧化物乏燃料[22]與 EBR-2 輻照過的 MOX 燃料進行了電化學(xué)處理，并且取得了較為純凈的 U 金屬，然而部分的TRU、稀土和貴金屬仍然留在陰極吊籃中，大部分的稀土元素及鋯由于其熱力學(xué)穩(wěn)定性較強，仍然以氧化物的形式存在。目前以韓國為代表的幾個國家長期致力于乏燃料氧化物的電解還原，韓國原

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本文編號：2734589