[发明专利]动态膜电解制备四价铀的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于核燃料后处理领域，具体涉及一种动态膜电解制备四价铀的装置及方法。

背景技术

在普雷克斯流程中通常采用四价铀作还原剂、肼作支持还原剂，将钚从四价还原到三价，从而实现共萃的铀和钚之间的分离。但是所加的四价铀溶液，会造成钚产品的稀释，以及加重铀线的负担。为将这些效应降到最低，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非常重要的意义。

现有技术一：何阿弟等人发表的“隔膜电解还原法制备四价铀的研究”《核技术》1997年7月，第20卷第7期，该文献公开了一种制备四价铀的装置及方法，该装置是采用钛板作阴极，棱形网状镀铂钛网作阳极，阳离子交换膜作隔膜。该方法虽然可以制备得到四价铀高含量的产品，但采用静态槽式电解方式时，电解效率不高，电流密度不可太大，过大的电流密度会导致电解质溶液的温度升高。另外，该装置的阴极和阳极间的距离过大，加大了发热量，温度太高将影响阳离子交换膜的性能，而且还会加快肼的消耗及四价铀的氧化。

现有技术二：何阿弟等人发表的“动态连续电解还原制备四价铀的研究”《核技术》1998年10月，第21卷第10期，该文献中虽提到在装置中用阳离子交换膜作隔膜，然而通过该文献公开的装置图，电解料液只装在一个容器中，并未将阴极液和阳极液分开，阴极和阳极之间也并未安装隔膜，可以说该装置中并未使用阳离子交换膜。另外，用该装置制备四价铀的还原率仅有85％，电流密度在23～41mA·cm^-2。同第一种相同，电流密度不可太大。

现有技术三：专利申请文献，专利申请号：201010131057.7，发明名称：一种四价的铀-铈-氧固溶体的制备方法，其中，权利要求1的步骤2)中公开的阴极电流密度为20～80mA·cm^-2，在室温条件下进行电解5～30小时。该电流密度小，电解时间长，未公开四价铀的还原率以及装置图。

现有技术四：张招贤、蔡天晓著《钛电极反应工程学》第93页～97页介绍了一种离子膜电解法及装置，该装置及方法是应用于氯碱工业，而非核化工领域，对装置的结构、材料、工艺参数要求均不同。

发明内容

(一)发明目的

本发明提供了一种动态膜电解制备四价铀的装置及方法，该方法既保证产品中的四价铀含量，又能实现稳定快速的制备。该装置结构简单。

(二)技术方案

本发明提供了一种动态膜电解制备四价铀的装置，该装置由阳离子交换膜、阳极、阴极、阳极液、阴极液、蠕动泵、衬垫a、电极框a、阳极液出口、阴极液出口、阳极液入口、阴极液入口、电极框b、衬垫b组成，其中，该装置从左至右分别是电极框a、衬垫a、阳离子交换膜、衬垫b、电极框b，它们之间层层叠加形成一个密封空间；衬垫a和衬垫b是四边形结构；电极框a是中空框架结构，在电极框a的侧面安装有阳极，在电极框a的下端留有阳极液入口，在电极框a的上端留有阳极液出口；电极框b是中空框架结构，在电极框b的侧面安装有阴极，在电极框b的下端留有阴极液入口，在电极框b的上端留有阴极液出口，其中，所述的阳极是钛涂钌铱网，所述的阴极是钛网；阴极与阳极之间的距离是6～15mm，阴阳极面积比为1∶1，阳离子交换膜采用全氟磺酸阳离子交换膜。

上述动态膜电解制备四价铀的方法步骤是：

1)阳极液通过蠕动泵从阳极液入口进入电极框a内，阴极液通过蠕动泵从阴极液入口进入电极框b内，所述的阳极液是1～2.5mol/L硝酸溶液，所述的阴极液组成是：49～306g/L硝酸铀酰，1～4.1mol/L硝酸，0.1～0.52mol/L肼；阳极液(4)和阴极液(5)均为500ml，阳极液和阴极液均以300～600ml/min的速度循环；

2)接通电源，控制电流密度为85～160mA·cm^-2，进行恒流电解，电解温度为31～50℃，电解时间为1.7～4.5小时。

(三)发明效果