[发明专利]一种三氯化铀的制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种三氯化铀的制备方法及其应用，将铀或铀合金作为阳极，在所述阳极和阴极间施加电压，在100～300℃的氯化物熔盐中电解，铀在阳极熔解，并在阳极区形成三氯化铀沉淀，过滤，纯化得到三氯化铀。本发明提出的方法解决了三氯化铀制备复杂、成本高等问题。在熔盐体系中直接原位生产三氯化铀，原料易得，不采用强腐蚀性气体，整个过程操作简单，反应条件温和，实用性强。

技术领域

本发明涉及核技术领域，具体涉及一种三氯化铀的制备方法及其应用。

背景技术

干法后处理技术对于未来先进核燃料循环具有明显优势，目前最具有前途的干法后处理技术为熔盐电解精炼技术。该技术主要以氯化物熔融盐作为介质，在高温条件下采用电化学方法将乏燃料中的锕系元素回收，同时实现与裂片元素的分离。具有耐辐照、低临界风险、放射性废物少等优点。而作为重要的核工业产品，三氯化铀在干法后处理中有着至关重要的作用。在电精炼过程中，为了维持电解电压的稳定性，需要在电解质中加入大量的三氯化铀(约10wt％)。传统制备三氯化铀的方法成本高昂，而且操作复杂，腐蚀严重。制备三氯化铀的常用方法通常比较复杂，例如：使用金属铀与氯气在高温下反应生成四氯化铀，然后再用氢气还原；也可以用氢气与金属铀反应生成氢化铀，然后再与氯化氢气体反应制备得到三氯化铀。但是制备步骤多，并且需要用到有毒的氯气和氯化氢等原料，会腐蚀设备，污染环境。再者，也可以使用金属氯化物如CdCl₂在高温熔盐介质中与金属铀反应制备，但会使产品中含有杂质，后续分离复杂，成本高，难以分离得到纯的三氯化铀。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种三氯化铀的制备方法及其应用。

本发明目的在于提供一种三氯化铀的制备方法，将铀或铀合金作为阳极，在氯化铝熔盐体系中电解，所述氯化铝熔盐体系为AlCl₃-NaCl熔盐、AlCl₃-LiCl熔盐、AlCl₃-KCl熔盐或NaAlCl₄-LiAlCl₄-KAlCl₄熔盐。本发明简化了制备三氯化铀的方法，由于三氯化铀在氯化铝熔盐体系中不熔解，可以在阳极区直接原位生成三氯化铀，并且以沉淀的方式与电解液分离开来，能够高效的制备纯的三氯化铀，并且回收铀合金中的铀，而且具备操作温度低，腐蚀性小，操作简单，对设备要求低，成本低的优势。因此，可以在氯化铝熔盐体系中更简单、更环保、更经济的制备纯的三氯化铀。

根据本发明的一些优选实施方式，所述AlCl₃-NaCl熔盐中AlCl₃和NaCl摩尔比为30:70～63:37；

所述AlCl₃-LiCl熔盐中AlCl₃和LiCl摩尔比为30:70～63:37；

所述AlCl₃-KCl熔盐中AlCl₃和KCl摩尔比为30:70～63:37；

所述NaAlCl₄-LiAlCl₄-KAlCl₄熔盐组成为任意摩尔比；

优选地，所述AlCl₃-NaCl熔盐中氯化钠和氯化铝的摩尔比例为1:1～1:1.5；

所述AlCl₃-LiCl熔盐中氯化锂和氯化铝的摩尔比例为1:1～1:1.5；

所述AlCl₃-KCl熔盐中氯化钾和氯化铝的摩尔比例为1:1～1:1.5；

所述NaAlCl₄-LiAlCl₄-KAlCl₄熔盐以摩尔比例组成为50:30:20。