1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Расплавы
  4. № 3, 2023

Расплавы, 2023, № 3, стр. 316-328

Электрорафинирование урановых сплавов, содержащих палладий и неодим в расплавах 3LiCl–2KCl–UCl3

Д. И. Никитин a, *, И. Б. Половов a, О. И. Ребрин a

a Уральский федеральный университет
Екатеринбург, Россия

* E-mail: house.freshone@ya.ru

Поступила в редакцию 25.12.2022
После доработки 02.02.2023
Принята к публикации 07.02.2023

Аннотация

Технология пирохимической переработки смешанного нитридного уран-плутониевого отработавшего топлива, реализуемая на опытно-демонстрационном энергетическом комплексе площадки Сибирского химического комбината включает несколько определенных операций с конечной целью выделения целевых продуктов деления. Предпоследней стадией переработки планируется использовать электрорафинирование продуктов предыдущей стадии – металлизированного отработавшего ядерного топлива. Для реализации электролитического рафинирования необходимо определить процессы и технологические режимы электролитического рафинирования сплавов, моделирующих продукт этой стадии модуля переработки. В настоящей работе представлены результаты электрорафинирования модельных сплавов (моделирующих сырье стадии электорафинирующей переработки) на укрупненном лабораторном электролизере. Начальные параметры процессов рафинирования урана в расплавах на основе 3LiCl–2KCl–UCl3 были определены ранее. Базовыми параметрами рафинирования являлось использование электролита 3LiCl–2KCl–UCl3 (10.1 мас. % UCl3) и проведение экспериментов при 550°C. Урановые сплавы, содержащие палладий и неодим, были приготовлены прямым сплавлением металлического урана, порошков металлического палладия марки ПдАП-1 и металлического неодима (99.99%) в среде высокочистого аргона (99.998%). Полученные данные показали, что при температуре 550°C катодные осадки представляют из себя типичные дендритные формы альфа-урана в ромбической сингонии со склонностью к иглообразованию при увеличении катодной плотности тока. Увеличение времени кампании и катодной плотности тока приводит к снижению выхода по току вследствие короткого замыкания электродов иглами катодного осадка или осыпания металла с катода. В результате проведения электрорафинирования экспериментально уточнены режимы катодного процесса. При электрорафинировании сплавов U–Pd(1.59 мас. %), U–Pd(1.62 мас. %), U–Pd(1.54 мас. %), U–Pd(1.58 мас. %)–Nd(5.64 мас. %), U–Pd(1.84 мас. %)–Nd(6.49 мас. %), U–Pd(1.79 мас. %)–Nd(6.54 мас. %), были получены катодные осадки урана, которые подвергли химическому анализу, показавшему высокую чистоту получаемого металлического урана, а также отсутствие в нем металлического палладия и молибдена. Коэффициент очистки по палладию превышает 5000, коэффициент очистки по неодиму свыше 1000, что соответствует требованиям, предъявляемым к очистке от продуктов деления на данном этапе пирохимической переработки отработавшего топлива. Палладий накапливается в анодных шламах, в то время как основная масса неодима переходит в расплавленный электролит.

Ключевые слова: электрорафинирование, анодное растворение, катодная плотность тока, урановые сплавы, гальваностатическое растворение, переработка ОЯТ

Список литературы

  1. Nawada H.P., Fukuda K. Role of pyro-chemical processes in advanced fuel cycles // J. Physics and Chemistry of Solids. 2005. 66. № 2–4. P. 647–651.

  2. Driggs F.H., Lilliendahl W.C. Preparation of metal powders by electrolysis of fused salts: I–Ductile Uranium // Industrial and Engineering Chemistry. 1930. 22. № 5. P. 516–519.

  3. Kolodney M. Production of plutonium by electrolysis // Los Alamos National Laboratory Report. 1944. LA-148.

  4. Kolodney M. Preparation of the first electrolytic plutonium and of uranium from fused chlorides // J. Electrochemical Society. 1982. 129. P. 2438.

  5. Marzano C., Noland R.A. The electrolytic refining of uranium // Argonne National Laboratory Report. 1953. ANL-5102.

  6. Niedrach L.W., Glamm A.C. Uranium purification by electrorefining // J. Electrochemical Society. 1956. 103. № 9. P. 521–528.

  7. Boisdie G., Chauvin G., Coriou H., Hure J. Contribution a la connaissance du mecanisme de l’electroraffinage de l’uranium en bains de sels fondus // Electrochimica Acta. 1961. 5. № 1–2. P. 54–71.

  8. Chauvin G., Coriou H., Simenauer A., Phenomene de concentration du fer au voisinage de la cathode au cours de l’electroraffinage de l’uranium en bains de sels fondus // Electrochimica Acta. 1963. 8. № 5. P. 323–332.

  9. Chauvin G., Coriou H., Jabot P., Laroche A. Production d’uranium de haute purete par electroraffinage en bains de sels fondus // J. Nuclear Materials. 1964. 11. № 2. P. 183–192.

  10. Kang Y.H., Lee J.H., Hwang S.C., Shim J.B., Kim E.H., Park S.W. Electrodeposition characteristics of uranium by using a graphite cathode // Carbon. 2006. 44. P. 3142.

  11. Lee J.H., Kang Y.H., Hwang S.C., Shim J.B., Kim E.H., Park S.W. Application of graphite as a cathode material for electrorefining of uranium // Nuclear Technology. 2008. 162.

  12. Nikitin D.I., Zolotarev D.A., Mukhametdyanov A.D., Volkovich V.A., Polovov I.B. Uranium electro refining in 3LiCl–2KCl based melts // ECS Transactions. 2020. 98. № 10. P. 443–451.

  13. Tomczuk Z., Ackerman J.P., Wolson R.D., Miller W.E. Uranium transport to solid electrodes in pyrochemical reprocessing of nuclear fuel // J. Electrochemical Society. 1992. 139. № 12. P. 3523–3528.

  14. Willit J.L., Miller W.E., Battles J.E. Electrorefining of uranium and plutonium – A literature review // J. Nuclear Materials. 1992. 195. № 3. P. 229–249.

  15. Kuratal M., Yahagi N., Kitawaki S., Nakayoshi A., Fukushima M. Sequential electrolysis of U–Pu alloy containing a small amount of Am to recover U- and U–Pu–Am products // J. Nuclear Science and Technology. 2009. 46. № 2. P. 175–183.

  16. Kitawaki S., Shinozaki T., Fukushima M., Usami T., Yahagi N., Kurata M. Recovery of U–Pu alloy from MOX using a pyroprocess series // J. Nuclear Materials. 2007. 162. № 2. P. 118–123.

  17. Jang J., Kim T., Kim G.-Y., Yoon D., Lee S. Uranium recovery via electrochemical deposition with a liquid zinc cathode followed by electrochemical oxidation of rare earth metals // J. Nuclear Materials. 2019. 520. P. 245–251.

  18. Maltsev D.S., Volkovich V.A., Vasin D.B., Vladykin E.N. An electrochemical study of uranium behaviour in LiCl–KCl–CsCl eutectic melt // J. Nuclear Materials. 2015. 467. P. 956–963.

  19. Кесикопулос В.А., Потапов А.М., Дедюхин А.Е., Зайков Ю.П., Изготовление интерметаллида UPd3 и исследование его термодинамических характеристик // Сб. тр. семинара “Электрохимия в распределенной и атомной энергетике”. Нальчик. 2022. С. 224–226.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Расплавы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал