一种用于液态铈金属的电解精炼装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及冶金领域，尤其涉及一种用于液态铈金属的电解精炼装置。所述用于液态铈金属的电解精炼装置，阴极为环状钽阴极，通过焊接方式与两根导电杆连接。本实用新型专利技术的用于液态铈金属的电解精炼装置，将钽阴极框缩小为环状，最大限度地减小了电解时阴极暴露在熔盐中的面积，抑制了Ce

【技术实现步骤摘要】
一种用于液态铈金属的电解精炼装置


[0001]本技术涉及冶金领域，尤其涉及一种用于液态铈金属的电解精炼装置。

技术介绍

[0002]核反应堆因燃料的“燃烧”，无法继续维持核反应，经过一段时间需要把它从堆内卸出。因此随核能发展导致了大量乏燃料的累积。乏燃料后处理是核燃料循环后段中最关键的一个环节，可以降低乏燃料的放射性以及为放射性废物减容，缓解地质处置库容量紧张带来的压力。同时也可用作增殖反应堆燃料循环的一部分，使单位核材料的能量利用效率提高14倍或更高。乏燃料后处理是实现闭式核燃料循环的重要步骤，其中熔盐电解精炼法是目前研究最广泛的干法后处理技术，利用熔盐做媒介通过电解精炼、金属还原萃取和氟化物挥发等方法将有用核素与裂变产物分离。干法乏燃料后处理与水法乏燃料后处理相比具有抗辐射性强，流程简便和废物产生量少的优点，理论上利用熔盐干法后处理可以实现乏燃料中每种元素的分离，是最有潜力的先进乏燃料后处理方法之一。
[0003]在乏燃料中存在大量的锕系金属，其具有很强的放射性、化学毒性和极强的化学活性，限制了对锕系金属的广泛研究。为了降低研究过程的风险和研究成本，通常选用与其化学性质相似的元素做为替代物。Ce作为一种典型的Ln系元素，在地壳中的含量约0.0046％，是稀土元素中丰度最高的且较容易获取。它的原子半径和电化学性质与锕系金属比较的接近，被认为很适合作为锕系金属的模拟料进行研究。而且Ce不具有放射性，可用作为锕系金属的模拟料进行模拟实验。对于铈金属或合金的熔盐电解精炼纯化研究，一方面其作为钢系元素的模拟料，为制备高纯锕系金属标样和乏燃料干法后处理提供理论和实践支持；另外一方面就铈金属而言，通过熔盐电解精炼的方法制备高纯的铈金属也具有很高的科研价值和经济效益。
[0004]在电解精炼过程中，熔融态的粗铈金属在直流电流的作用下被氧化成铈离子，溶入电解质中，电解质中的铈离子向阴极迁移，在阴极处得到电子而被还原成铈金属。生成的铈在高温下(电解温度为900℃，铈为液态)无法在阴极上富集，只能在自身的重力下沿阴极沉积到阴极槽内。在粗铈金属中，杂质可分为两种类型：一种是电负性比铈大的金属，比饰更容易溶解进入电解质，但由于其得到电子的能力不如铈而无法沉积。而另一种是电负性比铈小的金属，则无法溶解进入电解质中，随着电解过程的进行，以阳极泥的形式留在电解槽内。KCl
‑
CeCl3熔盐体系下，CeC13提供了Ce
3+
作为初始迁移离子，起牵引剂的作用。铈金属电解精炼过程中阴阳极的反应分别如下。
[0005]阳极：Ce
‑
3e
‑
→
Ce
3+
；(阳极溶解粗Ce金属)
[0006]阴极：Ce
3+
+3e
‑
→
Ce；(阴极析出精Ce金属)
[0007]现有的液态铈金属电解精炼装置中，阴极为筒状，如图1所示。虽然阴极可以收集到精炼的铈金属，但是阴极产物为颗粒、薄片或残缺的圆弧，且收率较低，在40％左右，提高了收集阴极产物的难度，且间接影响直收率。

技术实现思路

[0008]本技术要解决的技术问题是：提供一种用于液态铈金属的电解精炼装置，优化了阴极结构，明显改善阴极产物成型，阴极产物收集率提高。
[0009]本技术提供了一种用于液态铈金属的电解精炼装置，阴极为环状钽阴极，通过焊接方式与两根导电杆连接。
[0010]优选地，所述环状钽阴极的直径为2.5～3.5mm。
[0011]优选地，所述环状钽阴极的直径为3mm。
[0012]优选地，所述导电杆外侧套设有绝缘套。
[0013]优选地，所述导电杆外侧套设有石英管。
[0014]优选地，所述导电杆外侧套设有陶瓷管。
[0015]优选地，所述绝缘套的内径为4～5mm。
[0016]优选地，所述环状钽阴极置于坩埚底部。
[0017]与现有技术相比，本技术的用于液态铈金属的电解精炼装置，将钽阴极框缩小为环状，最大限度地减小了电解时阴极暴露在熔盐中的面积，抑制了Ce
3+
仍在熔盐
‑
阴极界面上的放电，同时将钽阴极环置于坩埚底部，使Ce
3+
主要在熔盐
‑
铈熔池界面上放电。缩小阴极面积，也可以减少金属液滞留。实验结果表明，明显改善阴极产物成型且提高收率到90％左右。
附图说明
[0018]图1表示现有技术中液态铈金属的电解精炼装置结构示意图；
[0019]图2表示本技术的液态铈金属的电解精炼装置结构示意图；
[0020]图3表示本技术的液态铈金属的电解精炼装置用于电解后的阴极产物图；
[0021]图中：
[0022]1为阴极，2为导电杆，3为绝缘套。
具体实施方式
[0023]为了进一步理解本技术，下面结合实施例对本技术的实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本技术的特征和优点，而不是对本技术的限制。
[0024]本技术的实施例公开了一种用于液态铈金属的电解精炼装置，如图2所示，阴极1为环状钽阴极，通过焊接方式与两根导电杆2连接。
[0025]本技术优化了阴极，将阴极缩小为环状。
[0026]所述环状钽阴极的直径优选为2.5～3.5mm，更优选为3mm。
[0027]所述导电杆外侧套设有绝缘套3。
[0028]所述绝缘套优选为石英管或者陶瓷管。
[0029]所述绝缘套的内径优选为4～5mm，其长度根据导电杆长度进行调整。
[0030]本技术最大限度地减小了电解时阴极暴露在熔盐中的面积，抑制了Ce
3+
仍在熔盐
‑
阴极界面上的放电，同时将钽阴极环置于坩埚底部，使Ce
3+
主要在熔盐
‑
铈熔池界面上放电。缩小阴极面积，也可以减少金属液滞留。实验结构表明，明显改善阴极产物成型且提
高收率到90％左右。
[0031]本技术的用于液态铈金属的电解精炼装置的制备过程为：
[0032]首先将钽丝通过折弯机做成圆圈。然后采用氩弧焊焊接的方式并在氩气保护条件下，将钽圆圈两端焊接在一起。最后将Φ3mm的两根导电杆采用同样的方式焊接在圆环上，同时两根导电杆套上合适长度且内径Φ4～5mm的石英管或陶瓷管，做好两根导电杆的绝缘。
[0033]电解时应考虑最大限度地减小电解时阴极暴露在熔盐中的面积，抑制Ce
3+
仍在熔盐
‑
阴极界面上的放电，将钽阴极环置于坩埚底部，使Ce
3+
主要在熔盐
‑
铈熔池界面上放电。
[0034]利用本技术的用于液态铈金属的电解精炼装置进行电解，阴极产物如图3所示，明显改善阴极产物成型。
[0035]以上实施例的说明只是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于液态铈金属的电解精炼装置，其特征在于，阴极为环状钽阴极，通过焊接方式与两根导电杆连接；所述环状钽阴极置于坩埚底部。2.根据权利要求1所述的用于液态铈金属的电解精炼装置，其特征在于，所述环状钽阴极的直径为2.5～3.5mm。3.根据权利要求1所述的用于液态铈金属的电解精炼装置，其特征在于，所述环状钽阴极的直径为3mm。4.根据权利要求1所述的用于液...

【专利技术属性】
技术研发人员：田振刚，钟轶强，王泽杰，刘金生，陈义武，杜玭，张致林，许晓文，赵红，
申请(专利权)人：中核四零四有限公司，
类型：新型
国别省市：