FLiBe体系中铀的电化学行为与电解
熔盐电化学法利用被分离元素阳离子还原电位差异进行分离,是目前研究得最为广泛也是相对安全的一种乏燃料干法后处理技术.在熔盐堆燃料盐的后处理中,其主要成分FLiBe熔盐是一种良好的电解质,进行燃料盐中UF4的电解分离在热力学上可行,而电解过程中U4+的电化学行为和电极过程是确定该方法是否可实用化的必要条件.本研究着重开展了此方面研究,得到以下结论:1)在FLiBe熔盐体系中,U4+在金属(钨、钼、镍等)电极上的反应为两步还原反应(U4+→U3+和U3+→U0),这在实验上验证了FLiBe熔盐中UF4电解还原得到金属铀的电化学过程.2）采用阶跃式电解方式能减弱电解过程中离子浓度降低对电解电流密度的影响，保持电解过程的相对稳定，并使得电极产物致密化。3)国际上首次在实验室规模内实现了U4+→U0的直接电解还原。在电解过程中的不同阶段（离子浓度）得到UF3、U金属和UBe13三种电解产物。4)由于熔盐中U4+离子的存在，电极表面电化学还原得到的金属U会与之发生反应生成U3+: U0+3U4+→4U3+。由于U3+与U4+离子在熔盐中均可溶，扩散作用导致两种离子在阴阳极之间发生可逆的电化学反应U4+(→)HU3+，降低了U4+的电解效率和分离率。5)针对U4+HU3+可逆反应对电解的影响，创新性的在电解前采用化学方法（Li或Be单质）将U4+预还原为U3+，电解得到的产物为金属态单质铀，化学形态单一，熔盐中UF4的回收率超过90％。
乏燃料 干法后处理 FLiBe熔盐体系 铀金属 电化学行为 电解工艺
黄卫 余长锋 郑海洋 蒋锋 朱铁建 龚昱 龙德武 李晴暖
中国科学院上海应用物理研究所 上海201800;中国科学院核辐射与核能技术重点实验室,上海201800;中国科学院钍基熔盐堆核能系统(TMSR)卓越创新中心,上海201800
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2017-05-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）