LiCl-KCl熔盐体系中稀土氧化物辅助溶解的方法技术

本发明专利技术公开了一种LiCl‑KCl熔盐体系中稀土氧化物辅助溶解的方法，包括以下步骤：(1)将LiCl和KCl在坩埚内混匀后进行干燥预处理；(2)给坩埚升温使LiCl和KCl成为熔盐；(3)将氯化铵和稀土氧化物粉末混匀后直接平铺在LiCl‑KCl熔盐顶部，在熔盐界面处使稀土氧化物离子化。采用本发明专利技术的方法，在熔盐LiCl‑KCl体系中，直接利用氯化铵作为辅助试剂可以在较宽泛的温度下及有惰性气体保护或空气气氛下使稀土氧化物离子化，这样既能获得较高的离子化效率，也避免了杂质元素的混入；同时利用氯化铵的受热分解和冷却凝结原理进行了循环使用和回收利用。另外，根据该方法，利用氯化铵分解产生的气体可降低系统的氧分压，防止稀土离子的再次氧化，提高了稀土氧化物离子化效率。

【技术实现步骤摘要】
LiCl-KCl熔盐体系中稀土氧化物辅助溶解的方法
本专利技术涉及乏燃料后处理高温熔盐电化学分离领域，具体涉及一种LiCl-KCl熔盐体系中稀土氧化物辅助溶解的方法。
技术介绍
近年来，在高温熔盐中研究有关稀土元素离子的电化学行为，特别是通过电化学方法分离方面的研究及工业应用需求日益增加。要研究稀土元素离子的相关电化学方面，就必须将稀土氧化物溶入熔盐中。稀土氧化物不能直接溶于熔盐LiCl-KCl，要溶入首先需要的就是将稀土氧化物转变成稀土离子。近些年发展的稀土氧化物离子化然后溶入LiCl-KCl熔盐体系的辅助试剂有AlCl3、MgCl2及ZrCl4等。利用这几种试剂进行离子化时均会在熔盐体系中带入新杂质离子，增加体系复杂性和后续的电化学研究。稀土氧化物的溶入熔盐体系前的离子化方法有两种，其一为预先离子化，其二为实时离子化。预先离子化就是预先用辅助试剂将稀土氧化物转化为稀土氯化物，然后实验或工业应用时直接加入稀土氯化物。稀土氯化物制备及提纯特别困难，制备完成后又不够稳定，特别易潮解，导致纯度进一步降低，因此预先离子化应用不够广泛。实时离子化就是在需要时才将稀土氧化物离子化，离子化的稀土元素实时溶入到熔盐体系中。实时离子化操作简单，但因受离子化效率不稳定及试剂杂质离子的混入等不利因素的限制，使用受到了限制。
技术实现思路
在下文中给出关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围。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。本专利技术实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种避免了杂质元素的混入，保证熔盐体系的纯度的LiCl-KCl熔盐体系中稀土氧化物辅助溶解的方法。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种LiCl-KCl熔盐体系中稀土氧化物辅助溶解的方法，包括以下步骤：(1)将LiCl和KCl在坩埚内混匀后进行干燥预处理；(2)给坩埚升温使LiCl和KCl成为熔盐；(3)将氯化铵和稀土氧化物粉末混匀后直接平铺在LiCl-KCl熔盐顶部，在熔盐界面处使稀土氧化物离子化。所述的LiCl和KCl的质量百分比为44.8:55.2。所述氯化铵和稀土氧化物粉末总质量不超过50g，本专利技术氯化铵加入量是依据稀土氧化物质量来确定。为了能够获得较好的氯化效率，所述氯化铵和轻稀土氧化物粉末的摩尔比至少为8，所述氯化铵和重稀土氧化物粉末的摩尔比至少为13。所述LiCl和KCl的总质量与所述氯化铵和稀土氧化物粉末的总质量比为50～150:0～50，0除外。所述步骤(1)中的干燥预处理包括：将混匀的LiCl和KCl在马弗炉中干燥脱水72-110小时，干燥的温度为180-300℃。进一步，还包括：在空气气氛或者高纯惰性气体鼓泡保护下，进行稀土氧化物离子化过程。所述步骤(2)包括：将坩埚置于高温电阻炉内进行升温。所述高温电阻炉升温范围为250-550℃。所述稀土氧化物粉末选自以下稀土元素：铈(Ce)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、铽(Tb)、镧(La)、钆(Gd)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)或镱(Yb)。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：采用本专利技术的方法，在熔盐LiCl-KCl体系中，直接利用氯化铵作为辅助试剂可以在较宽泛的温度下及有惰性气体保护或空气气氛下使稀土氧化物离子化，这样既能获得较高的离子化效率，也避免了杂质元素的混入；同时利用氯化铵的受热分解和冷却凝结原理进行了循环使用和回收利用。另外，根据该方法，利用氯化铵分解产生的气体可降低系统的氧分压，防止稀土离子的再次氧化，提高了稀土氧化物离子化效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，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1a、图1b、图1c和图1d为本专利技术实施提供的氯化铵和氧化铈不同物质量比时的循环伏安和方波伏安图；图2a和图2b为本专利技术实施例提供的氯化铵和氧化钕同一摩尔比不同升温范围下测得的循环伏安图；图3a和图3b分别为本专利技术实施例提供的氯化铵和氧化钐同一摩尔比下测得的循环伏安图和方波伏安图；图4a和图4b分别为本专利技术实施例提供的氯化铵和氧化铕同一摩尔比下测得的循环伏安图和方波伏安图；图5a和图5b分别为本专利技术实施例提供的氯化铵和氧化铽同一摩尔比下测得的循环伏安图和方波伏安图；图6a、图6b和图6c分别为本专利技术实施例提供的氯化铵和氧化铒同一摩尔比下测得的循环伏安图、方波伏安图和开路电位图；图7a、图7b和图7c分别为本专利技术实施例提供的氯化铵和氧化钆同一摩尔比下测得的循环伏安图、方波伏安图和开路电位图；图8a、图8b和图8c分别为本专利技术实施例提供的氯化铵和氧化钬同一摩尔比下测得的循环伏安图、方波伏安图和开路电位图；图9a、图9b和图9c分别为本专利技术实施例提供的氯化铵和氧化镧同一摩尔比下测得的循环伏安图、方波伏安图和开路电位图；图10为本专利技术实施例提供的氯化铵和氧化镝同一摩尔比下测得的循环伏安图和方波伏安图；图11为本专利技术实施例提供的氯化铵和氧化镱同一摩尔比下测得的循环伏安图和方波伏安图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。在本专利技术的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本专利技术无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1a、图1b、图1c和图1d，图1a为氯化铵和氧化铈摩尔比为8时测得的循环伏安，图1c为氯化铵和氧化铈摩尔比为11时测得的循环伏安图，图1b为氯化铵和氧化铈摩尔比为8时测得的方波伏安图，图1d为氯化铵和氧化铈摩尔比为11时测得的方波伏安图。参见图2a和图2b，氯化铵和氧化钕摩尔比均为12:1时不同升温范围下测得的循环伏安图。参见图3a和图3b，图3a为氯化铵和氧化钐摩尔比为20：1时测得的循环伏安图，图3b为氯化铵和氧化钐摩尔比为20：1时测得的方波伏安图。参见图4a和图4b，图4a为氯化铵和氧化铕摩尔比为20：1时测得的循环伏安图，图4b为氯化铵和氧化铕摩尔比为20：1时测得的方波伏安图。参见图5a和图5b，图5a为氯化铵和氧化铽摩尔比为58：1时测得的循环伏安图，图5b为氯化铵和氧化铽摩尔比为58：1时测得的方波伏安图。参见图6a、图6b和图6c，图6a为氯化铵和氧化铒摩尔比为37：1时测得的循环伏安图，图6b为氯化铵和氧化铒摩尔比为37：1时测得的方波伏安图，图6c为氯化铵和氧化铒摩尔比为37：1时测得的开路电位图。参见图7a、图7b和图7c，图7a为氯化铵和氧化钆摩尔比为34：1时测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LiCl‑KCl熔盐体系中稀土氧化物辅助溶解的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将LiCl和KCl在坩埚内混匀后进行干燥预处理；(2)给坩埚升温使LiCl和KCl成为熔盐；(3)将氯化铵和稀土氧化物粉末混匀后直接平铺在LiCl‑KCl熔盐顶部，在熔盐界面处使稀土氧化物离子化。

【技术特征摘要】
1.一种LiCl-KCl熔盐体系中稀土氧化物辅助溶解的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将LiCl和KCl在坩埚内混匀后进行干燥预处理；(2)给坩埚升温使LiCl和KCl成为熔盐；(3)将氯化铵和稀土氧化物粉末混匀后直接平铺在LiCl-KCl熔盐顶部，在熔盐界面处使稀土氧化物离子化。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的LiCl和KCl的质量比为44.8:55.2。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氯化铵和轻稀土氧化物粉末的摩尔比至少为8，所述氯化铵和重稀土氧化物粉末的摩尔比至少为13。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述LiCl和KCl的总质量与所述氯化铵和稀土氧化物粉末的总质量比为50～150:0～...

【专利技术属性】
技术研发人员：石伟群，刘雅兰，罗利霞，袁立永，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11