乏燃料干法后處理促進(jìn)了核能的發(fā)展,對(duì)資源的節(jié)約和環(huán)境的保護(hù)具有重要意義。本文研究了活性電極上電解提取裂變?cè)刂械南⊥猎�。在LiCl-KCl熔鹽中,采用銅電極研究了電解提取稀土 Dy和Yb的可行性,在線檢測(cè)了電解提取過(guò)程中稀土離子濃度的變化。具體內(nèi)容如下:(1)為了在LiCl-KCl熔鹽中提取變價(jià)稀土 Yb,利用循環(huán)伏安、方波伏安和開(kāi)路計(jì)時(shí)電位等電化學(xué)技術(shù)研究了 Yb在惰性電極W和活性電極Cu上的電化學(xué)行為。結(jié)果證明Yb(Ⅲ)離子在惰性W電極上發(fā)生二步還原Yb(Ⅲ)/Yb(Ⅱ)和Yb(Ⅱ)/Yb(0)反應(yīng)。由于在體系電勢(shì)窗口內(nèi)并沒(méi)有觀察到Y(jié)b(Ⅱ)的還原峰,利用惰性W電極從熔鹽中提取鐿受到了限制。而在活性Cu電極上,Yb(Ⅱ)發(fā)生欠電位沉積形成了 Yb-Cu金屬間化合物,這使Yb(Ⅱ)在活性銅電極上的沉積電位遠(yuǎn)正于在惰性電極W上的沉積電位。因此,在Cu電極上分別采用恒電位電解和恒電流電解制備Yb-Cu合金以提取稀土 Yb 。合金樣品采用XRD和SEM-EDS進(jìn)行表征。XRD衍射結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)不僅得到了熱力學(xué)穩(wěn)定的金屬間化合物YbCu、YbCu2和YbCu5,而且得到了熱力學(xué)亞穩(wěn)相YbCu6.5和Yb0.1Cu0.99。為了監(jiān)測(cè)Yb的提取過(guò)程,電化學(xué)提取過(guò)程中每三個(gè)小時(shí)更換工作電極一次,對(duì)工作電極進(jìn)行SEM和XRD分析;同時(shí)通過(guò)ICP-AES對(duì)熔鹽中Yb(Ⅲ)離子的濃度進(jìn)行測(cè)定,計(jì)算了提取過(guò)程不同時(shí)間的提取效率。實(shí)驗(yàn)表明:即使熔鹽中Yb(Ⅲ)離子的濃度非常低,也可以生成熱力學(xué)亞穩(wěn)相YbCu6.5和Yb0.1Cu0.99。在LiCl-KCl-YbCl3熔鹽體系中,在-2.3V恒電位電解提取鐿18h,提取率接近99.9%。(2)在LiCl-KCl熔鹽中,研究了電解制備鏑銅合金提取稀土鏑的可行性。采用循環(huán)伏安、方波伏安、計(jì)時(shí)電位以及開(kāi)路計(jì)時(shí)電位等電化學(xué)技術(shù)研究了鏑在LiCl-KCl熔鹽中的電化學(xué)行為和銅鏑合金形成的機(jī)理。鏑在鎢電極上的電化學(xué)還原為一步三電子轉(zhuǎn)移過(guò)程。采用Berzins-Delahay和Sand方程計(jì)算了 Dy(Ⅲ)在電極表面的擴(kuò)散系數(shù)。Dy(Ⅲ)在熔鹽中的擴(kuò)散系數(shù)為1.22×10-5 cm-2·s~(-1)。鏑離子在銅電極上生成了六種銅鏑金屬間化合物,發(fā)生了欠電位沉積。金屬間化合物的氧化峰電位分別為~(-1).84V、~(-1).69V、~(-1).50V、~(-1).37V、~(-1).29 V、~(-1).16V。采用恒電流電解法提取了稀土鏑。合金樣品采用XRD、SEM-EDS進(jìn)行表征,結(jié)果表明Dy-Cu合金中主要存在Dy2Cu和DyCu兩相。Dy-Cu合金層的厚度為300μm。(3)在線檢測(cè)了熔鹽電解提取稀土(Dy和Yb)過(guò)程的離子濃度變化。通過(guò)方波伏安技術(shù),繪制了熔鹽中稀土離子濃度與峰電流密度的工作曲線。繪制了稀土(Dy和Yb)還原峰電流密度隨電解時(shí)間變化的關(guān)系曲線。根據(jù)不同溫度下的工作曲線,通過(guò)峰電流密度可以得到與之對(duì)應(yīng)的離子濃度。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類(lèi)】：TF845
【部分圖文】：

ＪＳＭ－６４８０Ａ?日發(fā)射光譜儀?ＩＲＩＳ?Ｉｎｔｒｅｐｉｄ?ＩＩ?美ＳＸ４－１０?哈ＳＧ２－１．５－１０?哈ＷＹＫ－３０１０?揚(yáng)驟??棒電阻爐進(jìn)行加熱。實(shí)驗(yàn)體系是密封的，并阻爐套筒采用耐高溫的剛玉套筒。剛玉套筒解質(zhì)的溫度有熱電偶全程準(zhǔn)確測(cè)定。熔鹽電６???＾——７??

工作電極為Ｗ電極和活性Ｃｕ電極。參比電極為Ａｇ／ＡｇＣｌ（ｌ?ｗｔ％ＡｇＣｌ）電對(duì)電極。三??電極安裝原則。高度在同一水平線，浸入熔鹽的深度為１?ｃｍ左右。工作電極與研究電極相??對(duì)，參比電極的小孔靠近研究電極。實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖２．１所示。??２．２．２三電極體系??本實(shí)驗(yàn)采用高度精確的三電極體系，其中研究電極（工作電極）為鎢絲和銅絲。輔助電??極（對(duì)電極）為用鹽酸溶液清洗過(guò)的光譜純石墨棒，參比電極為Ａｇ／ＡｇＣｌ氧化還原電對(duì)。三??電極體系詳細(xì)介紹如下：??１?？工作電極（研究電極）??本實(shí)驗(yàn)所研究的電極為鎢電極和銅電極。其中惰性電極鎢絲用來(lái)研究稀土離子的電??化學(xué)行為，活性電極為銅絲用來(lái)確定稀土金屬間化合物的形成。鎢絲的規(guī)格為：直徑１．０??ｍｍ，純度９９．９９％；銅絲的規(guī)格為：直徑１．５?ｍｍ，純度９９．９９％。鎢絲和銅絲在使用前先??用３００?Ｃｗ的粗砂紙打平，然后經(jīng)２０００?Ｃｗ細(xì)砂紙徹底拋光。隨后將表面光滑的鎢絲和??銅絲放入稀鹽酸中靜置１０分鐘，除去表面的雜質(zhì)，溶解氧化膜。再置入乙醇或丙酮中用??超聲波清洗１０分鐘，溶解掉電極表面的有機(jī)物質(zhì)。?．??２．參比電極??本實(shí)驗(yàn)采用自制的Ａｇ／ＡｇＣｌ電極。其結(jié)構(gòu)示意圖如下所示：??－??：：??圖２．２參比屯極結(jié)構(gòu)示意圖??１．剛玉管；２．銀絲；３．熔鹽；４．小孔??參比電極采用一端封閉的剛玉管套捅

３．２?Ｙｂ（ＩＩＩ）離子在ＬｉＣｌ－ＫＣｌ熔鹽中鎢電極上的電化學(xué)行為??３．２．１循環(huán)伏安法??如圖３．１（ａ）所示，圖中線性掃描曲線為Ｙｂ（ＩＩＩ）在鎢電極上的循環(huán)伏安。圖中虛線為未??加入ＹｂＣｌ３前的循環(huán)伏安，實(shí)線為加入ＹｂＣｌ３后的循環(huán)伏安。實(shí)驗(yàn)溫度為８０３?Ｋ，ＹｂＣｌ３的??濃度為３．０４＞＜１〇４１１１〇１＿〇１１＿３，＼￥電極的電極表面積（５）０．４１６〇１１２。由圖中虛線可知，氧化峰??Ａ＇和還原峰Ａ對(duì)應(yīng)著金屬Ｌｉ在Ｗ電極表面的氧化與還原。加入稀土?ＹｂＣｌ３后，得到圖中??實(shí)線循環(huán)伏安。在實(shí)線循環(huán)伏安中，除了氧化還原峰Ａ７Ａ外，多出了一對(duì)氧化還原峰Ｂ＇／Ｂ。??氧化還原峰Ｂ７Ｂ的形狀符合于電化學(xué)反應(yīng)的可溶－可溶體系，經(jīng)推測(cè)Ｙｂ（ＩＩＩ）／Ｙｂ（ＩＩ：）的氧化??還原方程為［５（），５１］：??Ｙｂ（ＩＩＩ）?＋?Ｙｂ（ＩＩ）?（３－１）??在本實(shí)驗(yàn)的ＬｉＣｌ－ＫＣ１熔鹽電勢(shì)窗口內(nèi)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)Ｙｂ（ＩＩ）離子的還原峰。實(shí)際上，電解??質(zhì)中Ｌｉ（Ｉ）離子的還原峰（圖３．１（ａ）中還原峰Ａ）阻礙了?Ｙｂ（ＩＩ）離子的還原［５Ｇ’５１］。因此
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2835128