[发明专利]铀‑铝合金及其熔盐电解制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及合金领域，具体涉及一种铀-铝合金及其熔盐电解制备方法。

背景技术

铀-铝合金(Al_xU-Al)通常被用作实验堆的芯体材料。根据U-Al相图，U与Al可以形成三种金属间化合物：Al₄U，Al₃U和Al₂U。通常由UO₂制备铀-铝合金，首先要将UO₂转化为U金属。然后采用电弧熔炼法将铀与铝熔炼可以制备得到Al₃U。作为制备芯体的材料，Al₃U也可以采用粉末冶金法制备。首先将高纯金属铀粉末进行氢化，得到平均粒度为3-4μm的粉末，氢化铀粉末与高纯铝粉干混，混合均匀后装在石墨模中真空加热，除去氢气。然后在高纯氩气氛下1000℃加热2小时，既可以得到较纯的Al₃U。采用这种方法，如果由UO₂为前体制备得到铀-铝合金，过程比较复杂，1000℃高温条件下操作，对设备要求较高。

在熔盐体系中通过铀在固态铝电极上欠电位沉积也可以得到铀-铝合金。如在LiCl-KCl熔盐体系中，以UZr合金做阳极，通过U(III)在固态铝阴极上沉积可以得到铀-铝合金，制备过程可以在450℃下进行，温度较低。但是该方法只能以铀金属或铀合金为前体作为阳极进行电解，同样不能以铀氧化物为前体进行制备铀-铝合金。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种直接由UO₂为前体在较低温度下制备得到铀-铝合金及其熔盐电解制备方法。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

本发明提供一种铀-铝合金，所述铀-铝合金的组成为：Al、Al₄U、Al₃U和Al₂U，其中Al含量为24～70％；U含量为30～76％含量为23～87％。

本发明还提供一种铀-铝合金的熔盐电解制备方法，

将LiCl-KCl熔盐加热至熔融；

将UO₂粉末和AlCl₃粉末同时加入熔盐中，使UO₂氯化形成UCl₄；

以铝片为阴极，石墨为阳极，Ag(I)/Ag为参比电极,通过恒电位电解法在阴极上沉积出铀-铝合金。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

在LiCl-KCl熔盐体系中，直接采用AlCl₃做氯化试剂，直接实现UO₂的溶解以U(IV)离子的形式存在于LiCl-KCl熔盐中，然后通过剩余的Al(III)离子与U(IV)共还原在阴极上以铀-铝合金化的形式析出。采用本发明的方法，可以在LiCl-KCl熔盐体系中，直接由UO₂为前体在较低温度下制备得到铀-铝合金，并能实现铀在熔盐中的有效提取。因此，本发明对于氧化物乏燃料干法后处理中氧化物燃料的溶解及U的回收具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为LiCl-KCl熔盐体系中直接由UO₂制备铀-铝合金实验过程示意图；

图2为UO₂在LiCl-KCl-AlCl₃熔盐中氯化过程动力学；

图3a和图3b为T＝773K,LiCl-KCl-UO₂(0.3wt.％)-AlCl₃(0.5wt.％)熔盐体系在钨电极(S＝0.40cm²)上:a,循环伏安(CV)曲线；b,方波伏安曲线(SWV)；