[发明专利]一种连续电解制备四价铀的装置

说明书

本发明涉及一种连续电解制备四价铀的装置，包括上下密封的筒体；所述筒体内部被隔膜分为内腔和外腔；内腔内设置有可旋转的阴极；所述筒体的外壁为阳极；内腔设置有原料液入口和产品液出口；所述外腔设置有阳极液入口和出口；所述阳极液入口和出口均与冷却机构连接。本发明的有益效果如下：1、本发明通过阴极旋转的方式提高了四价铀的电解制备效率，避免了阴极液循环只能批式运行生产的弊端；2、通过隔膜的方式避免四价铀被阳极或阳极产生的氧气所氧化而形成的“内循环”，在连续生产时提高了转换率；3、仅采用阳极液循环冷却的方式，实现了对装置温度的控制，保证了制备所得四价铀的稳定存在，避免了通气冷却或者其它方式产生大量放射性尾气。

技术领域

本发明属于核燃料后处理领域，具体涉及一种连续电解制备四价铀的装置。

背景技术

在普雷克斯流程中通常采用肼作支持还原剂的四价铀为还原剂，将有机相中的钚由易萃取的四价还原到不易萃取的三价，从而实现共萃的铀和钚之间的分离。目前所有设计的或者正在运行的商用后处理厂，如法国的阿格厂、英国的Thorp厂以及俄罗斯的RT-1厂等均采用四价铀来实现铀钚分离。但为实现铀钚分离所加入的四价铀溶液，会造成水相钚产品的稀释，此外加入的四价铀也会被萃取到有机相加重后续铀纯化过程的负担。为将这些不利的效应降到最低，需要采用高浓度、高四价铀含量的还原剂溶液。因此，制备出高浓度、高四价铀含量的溶液具有重要的意义。

目前，后处理厂制备四价铀的方法主要由电解还原法和催化还原法两种。催化还原法又可分为氢催化还原法和肼催化还原法。催化还原法，通常以负载铂的小球为催化剂，用氢或者肼实现UO₂(NO₃)₂的还原来制备四价铀。该法具有生产能力大、四价铀转化率高等特点，但存在设备复杂、反应条件苛刻，设备维修和催化剂定期更换费用高。电解还原法，利用阴极的电子为还原剂，实现UO₂(NO₃)₂的还原。此方法具有设备简单，反应条件温和，过程易控，不引入杂质等特点。

连续生产过程，具有产品质量稳定，易于操作和控制等优势，因此化工的大规模生产都倾向于采用连续过程。目前报道的电解制备四价铀装置，主要是基于批式过程，不利于四价铀的连续稳定制备，难以保证不同批次产品的质量，部分连续制备的过程，四价铀转化率又不高。

比利时欧化厂制备四价铀的电解槽，以石墨为阴极，铂为阳极，阴阳极用陶瓷膜隔开；初始电解液组成为150g/L U(VI)、2mol/L硝酸、0.3mol/L肼，体积为115L；采用批式电解，最大电流300A，电压7.5V，静态电解15小时后四价铀转化率达到90％。(参考文献：《国外核燃料后处理》，任凤仪，周镇新编著，第144页)

我国传统的槽式电解装置，将阴极和阳极置于同一电解池内，之间无任何隔离物，槽内充满硝酸铀酰，将硝酸铀酰在阴极电解还原得到四价铀。由于不存在隔膜，一方面所制得的四价铀会被阳极或阳极产生的氧气所氧化，形成“内循环”，另一方面阳极会消耗大量肼。因此，只有60％-70％的硝酸铀酰转化为四价铀。(参考文献：[1]隔膜电解还原法制备四价铀的研究,核技术,1997,20(7):413-417；[2]动态连续电解还原制备四价铀的研究,核技术,1998,21(10),624-628)。

现有技术中还有通过采用圆筒形的钛网为阴极，将阳极置于阴极的中心的技术方案，该技术方案的阴极表面积远大于阳极，减少四价铀在阳极的氧化，并通过料液的不断循环来强化传质和传热，提出了一个批式的电解制备四价铀的装置(参考文献：一种电解还原制备四价铀的装置,CN103695956B)。

另外现有技术中还有采用多级电解来提高四价铀转化率，并通过空气鼓泡的方式来强化传质和传热的技术方案，虽然该装置实现了连续运行，但是四价铀制备效率较低，四价铀转化率很难达到80％以上，且会产生大量的放射性气体需要处理。(参考文献：电解槽制备四价铀技术在中试厂的应用研究,核技术工业应用分卷,2011,第2卷,137-144)。

有鉴于此，特提出本发明。