鑭和釓在熔鹽中的電化學(xué)行為及Bi-La-Li合金的陽極溶解.pdf

1、熔鹽電解法應(yīng)用于很多領(lǐng)域，其中最引人注目的是在乏燃料干法后處理過程中，對(duì)錒系元素和裂變產(chǎn)物的分離，實(shí)現(xiàn)核燃料的回收再利用。由于錒系元素和裂變產(chǎn)物之間的性質(zhì)極其相近，研究其電化學(xué)行為并制定最優(yōu)的分離方法和工藝條件是面臨的主要問題。本文主要研究稀土元素在熔鹽中的電化學(xué)行為，并采用共沉積法、液態(tài)陰極法和陽極溶解對(duì)稀土元素進(jìn)行分離提取。主要的研究內(nèi)容如下：
　　1.在 LiCl-KCl熔鹽體系中采用循環(huán)伏安法和方波伏安法研究了稀土離子 L

2、a(III)和Gd(III)在惰性電極W電極上的電還原過程，結(jié)果表明La(III)和Gd(III)在惰性W電極上的還原過程均為一步三電子轉(zhuǎn)移。測(cè)定了不同溫度的開路計(jì)時(shí)電位曲線，獲得了不同溫度下Ln(III)/Ln(Ln=La, Gd)電對(duì)的平衡電極電位，計(jì)算了其表觀電極電位和稀土氯化物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯自由能等熱力學(xué)數(shù)據(jù)。
　　2.在 LiCl-KCl熔鹽體系中通過一系列的電化學(xué)方法研究了稀土離子 La(III)和 Gd(III

3、)在Bi膜電極上的電化學(xué)行為，兩種稀土離子在Bi膜電極上發(fā)生欠電位沉積是由于生成了不同的Ln-Bi金屬間化合物。采用開路計(jì)時(shí)電位法，計(jì)算了不同溫度下 Ln(Ln=La, Gd)在Ln-Bi合金中的偏摩爾生成吉布斯自由能和活度以及 Ln-Bi金屬間化合物的標(biāo)準(zhǔn)生成吉布斯自由能。通過Bi-Ln金屬間化合物標(biāo)準(zhǔn)生成吉布斯自由能與溫度的關(guān)系得到了不同金屬間化合物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓和標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成熵。
　　在LiCl-KCl-LaCl3-BiC

4、l3熔鹽體系中，以惰性W為電極，通過不同的方法和電解條件電解制備 Bi-Ln合金，但是始終沒有得到合金。最后，采用液態(tài) Bi為陰極在LiCl-KCl-LaCl3-BiCl3熔鹽體系中，通過恒電流（-0.1 A）和恒電位(-1.4 V)電解制備Bi-Ln合金，并對(duì)所得到的樣品進(jìn)行XRD和SEM-EDS分析。結(jié)果表明所制備的La-Bi合金中含有La2Bi、LaBi、LaBi2和Li3Bi。
　　3.研究了Bi-La-Li合金的陽極溶解

5、過程，討論了影響溶解過程的因素。結(jié)果表明，還原電位更負(fù)的原子先溶解，且隨著溶解時(shí)間的增長，峰電流越強(qiáng)。合金中稀土原子含量越高，溶出伏安曲線中峰電流越強(qiáng)；熔鹽中稀土離子濃度對(duì)溶解過程也有影響，在一定離子濃度范圍內(nèi)，稀土離子濃度越大，越有利于離子的溶出。通過陽極計(jì)時(shí)電位法計(jì)算了稀土原子Ln(Ln=La, Gd)在液態(tài)金屬Bi中的擴(kuò)散系數(shù)。在773 K時(shí)，La和Gd在液態(tài)Bi中的擴(kuò)散系數(shù)分別為1.81×10-5 cm2 s-1和1.59×10