CN109659060A - 一种含极性可变辅助电极的完全解体球形阳极的电解装置 - Google Patents

Abstract

一种含极性可变辅助电极的完全解体球形阳极的电解装置，该电解装置含有一个电解腔、一个圆锥型阴极、至少三个绝缘导轨和一个辅助电极。所述的辅助电极极性可变，绝缘隔离安装于圆锥型阴极顶点处。当电解开始阶段时，所述的辅助电极极性为阴极，加强活性阳极底部的电解；当电解接近终点时，受机械空间限制，活性阳极的电连接杆无法继续跟随消融的活性阳极，为活性阳极供电，所述的辅助电极极性转变为阳极，并与活性阳极接触，为其供电，使活性阳极完全电解。本发明可以完全解体球形活性阳极，避免放射性条件下清理电解装置中的残余碎块；同时具有结构简单，无任何机械可动部件,易维护、耐腐蚀和成本低廉等特点。

Description

一种含极性可变辅助电极的完全解体球形阳极的电解装置

技术领域

本发明涉及一种在放射性条件下含有球形活性阳极的电解装置，特别涉及一种化学插层法解体高温堆燃料元件基体石墨的电解装置，属于电化学电解技术领域。

背景技术

高温气冷堆乏燃料进行后处理非常重要。需要针对其使用的球形燃料元件结构上的特殊性，进行专门的解体研究。在各种解体方法中，电化学插层法具有条件温和，不释放放射性核素，是较为适宜的方法。

电化学插层方法中，球形燃料元件作为活性阳极不断缩小，采用一般的装置，难以可靠夹持，阳极解体率不高。终稿发明专利公开的“一种基于电化学插层法解体球形活性阳极的装置”(专利号：ZL 201610849542.5)可以将解体率从一般的装置的50％左右提高到99％以上，但是由于阳极电连接杆受机械空间限制，无法下探到锥形阴极顶点附近，在电解终点时，活性阳极已经落入锥形阴极顶点附近，就与阳极电连接杆脱离接触，使得电解过程终止，所以无法100％解体活性阳极。而在放射性条件下，清理电解装置中的残余活性阳极代价较高，因此，需要开发一种能完全解体活性阳极的电解装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种含极性可变辅助电极的完全解体球形阳极的电解装置，使得电化学插层法解体高温堆燃料元件基体石墨过程中，完全解体活性阳极，避免放射性条件下清理电解装置中的残余碎块。

本发明的技术方案如下：

一种含极性可变辅助电极的完全解体球形阳极的电解装置，该装置含有电解腔、圆锥型阴极、阳极电连接杆、阳极电连接保护套和球形活性阳极；所述圆锥型阴极安装于电解腔的下部位置，在圆锥型阴极的内母线上均匀布置至少三个绝缘导轨，所述的球形活性阳极通过阳极电连接杆压紧到所述的绝缘导轨上；其特征在于：所述电解装置还含有极性可变的辅助电极，所述辅助电极安装在圆锥型阴极的顶点，并与所述的圆锥型阴极电绝缘，辅助电极通过导线与外部独立的直流电源相连接。

本发明的技术特征还在于：所述的辅助电极的工作面包覆金属铂，其余外表面用电绝缘材料包覆。

本发明具有以下优点及突出性技术效果：①可以完全解体球形活性阳极，避免放射性条件下清理电解装置中的残余碎块。②该装置结构简单，无任何机械可动部件,具有易维护、耐腐蚀和成本低廉等特点。

附图说明

图1为本发明提供的电解装置外部结构图。

图2为本发明提供的电解装置的等轴剖视。

图3为图2的局部放大图。

图中：1-阳极电连接杆；2-阳极电连接保护套；3-电解腔；4-阳极电连接接触片；5-球形活性阳极；6-绝缘导轨；7-圆锥型阴极；8-辅助电极。

具体实施方式

下面结合附图1及具体实例，对本发明的结构原理和工作过程作进一步说明：

参见图1、图2和图3，该电解装置包括一个电解腔3、一个圆锥型阴极7、阳极电连接杆1、阳极电连接保护套2、球形活性阳极5和辅助电极8。电解腔3为电解过程的带压容器，在电解腔3的侧壁上设有加压电解液入口管以及电解前让球形活性阳极5滚入的侧孔；所述的圆锥型阴极7开口向上，安装于所述的电解腔3的下部位置，是电解装置的阴极主体；在圆锥型阴极的内母线上均匀布置至少三个绝缘导轨6，用于约束活性阳极的滑动，防止电解装置阴阳极短路。所述的球形活性阳极5通过阳极电连接杆压紧到所述的绝缘导轨上。所述辅助电极8安装在圆锥型阴极7的锥顶位置，并与所述的圆锥型阴极7电绝缘，辅助电极8通过导线与外部独立的直流电源相连接。辅助电极仅工作面包覆金属铂，其余外表面用电绝缘材料包覆，使其与电解液隔离；这样成本低廉，可耐腐蚀。

电解过程开始时，所述的辅助电极8极性为阴极，可以加强活性阳极5底部的电解，使得活性阳极消融下滑时，其底部不会和锥形阴极接触短路。

当电解接近终点时，活性阳极5落入锥形阴极7顶点附近，受机械空间限制，阳极电连接杆1无法探入到锥形阴极7的顶点区域，因而与活性阳极5脱离接触，无法继续为活性阳极5供电。从本发明所述的装置的外部特征看，由于电解对象由活性阳极转变为电解液，电解电压会出现突变；由于活性阳极从绝缘导轨6滑落突然落入圆锥型阴极7顶点区域，阳极电连接杆1的机械行程会发生突变。由这两个特征可以判定活性阳极落入了本发明所述装置的锥形阴极7顶点区域；此时，通过改变与辅助电极相连的独立的直流电源的电路连接方式来改变辅助电极的极性；若这个独立的直流电源的正极接辅助电极，负极连接圆锥型阴极时，辅助电极8的极性是阳极；若这个独立的直流电源的负极接辅助电极，正极连接圆锥型阴极时，辅助电极的极性是阴极。将所述的辅助电极8的极性由阴极转变为阳极，因辅助电极8位于圆锥型阴极7顶点处，且圆锥型阴极7放置方式为顶点向下，活性阳极5密度大于电解液密度，电解液流向是竖直向下，所以可以保证活性阳极5与所述的辅助电极8接触。由所述的辅助电极8作为阳极电连接部件为活性阳极5供电，锥形阴极7继续担当阴极，使得活性阳极完全解体。

由于落入本发明所述装置的活性阳极残块总质量很小，一般小于2g，而在100A电解电流条件下，电解解体速度可以达到100g/h，所以通常只需要两分钟左右即可保证电解解体完全。

实施例1：

本实施例用于放射性条件下含有球形活性阳极的电解过程；具体操作步骤如下：电解条件为室温，电解液为4mol/L硝酸钠溶液，用滴入10mol/L浓硝酸的方式保持PH 5-8，恒电流电解，电流为100A，将高温堆燃料球元件作为活性阳极5，采用本发明所述装置进行电解解体。电解过程开始时，所述的辅助电极8极性为阴极，作为阴极的辅助电极，进行电解；约电解近2个小时，当电解电压发生突变，且本发明所述装置的阳极电连接杆的机械行程发生突变时，判定活性阳极落入了本发明所述装置的圆锥型阴极顶点区域。将辅助电极8的极性转变为阳极，作为阳极电连接部件为活性阳极5供电，而圆锥型阴极7继续担当阴极，使得活性阳极5完全解体。再继续电解两分钟，电解过程结束。打开本发明所述装置，经检查，活性阳极5已经完全解体。

Claims (2)

1.一种含极性可变辅助电极的完全解体球形阳极的电解装置，该装置含有电解腔(3)、圆锥型阴极(7)、阳极电连接杆(1)、阳极电连接保护套(2)和球形活性阳极(5)；所述圆锥型阴极(7)安装于电解腔的下部位置，在圆锥型阴极的内母线上均匀布置至少三个绝缘导轨(6)，所述的球形活性阳极通过阳极电连接杆压紧到所述的绝缘导轨上；其特征在于：所述电解装置还含有极性可变的辅助电极(8)，所述辅助电极(8)安装在圆锥型阴极(7)的顶点，并与所述的圆锥型阴极(7)电绝缘，辅助电极(8)通过导线与外部独立的直流电源相连接。

2.按照权利要求1所述的一种含极性可变辅助电极的完全解体球形阳极的电解装置，其特征在于：所述的辅助电极的工作面包覆金属铂，其余外表面用电绝缘材料包覆。