CN112877709A - 一种连续电解制备四价铀的装置 - Google Patents

一种连续电解制备四价铀的装置 Download PDF

Info

Publication number
CN112877709A
CN112877709A CN202011619425.2A CN202011619425A CN112877709A CN 112877709 A CN112877709 A CN 112877709A CN 202011619425 A CN202011619425 A CN 202011619425A CN 112877709 A CN112877709 A CN 112877709A
Authority
CN
China
Prior art keywords
anolyte
tetravalent uranium
cathode
outlet
anode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011619425.2A
Other languages
English (en)
Inventor
袁中伟
晏太红
郑卫芳
孙艳东
王博
刘宁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Institute of Atomic of Energy
Original Assignee
China Institute of Atomic of Energy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Institute of Atomic of Energy filed Critical China Institute of Atomic of Energy
Priority to CN202011619425.2A priority Critical patent/CN112877709A/zh
Publication of CN112877709A publication Critical patent/CN112877709A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/02—Process control or regulation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes

Abstract

本发明涉及一种连续电解制备四价铀的装置，包括上下密封的筒体；所述筒体内部被隔膜分为内腔和外腔；内腔内设置有可旋转的阴极；所述筒体的外壁为阳极；内腔设置有原料液入口和产品液出口；所述外腔设置有阳极液入口和出口；所述阳极液入口和出口均与冷却机构连接。本发明的有益效果如下：1、本发明通过阴极旋转的方式提高了四价铀的电解制备效率，避免了阴极液循环只能批式运行生产的弊端；2、通过隔膜的方式避免四价铀被阳极或阳极产生的氧气所氧化而形成的“内循环”，在连续生产时提高了转换率；3、仅采用阳极液循环冷却的方式，实现了对装置温度的控制，保证了制备所得四价铀的稳定存在，避免了通气冷却或者其它方式产生大量放射性尾气。

Description

一种连续电解制备四价铀的装置
技术领域
本发明属于核燃料后处理领域，具体涉及一种连续电解制备四价铀的装置。
背景技术
在普雷克斯流程中通常采用肼作支持还原剂的四价铀为还原剂，将有机相中的钚由易萃取的四价还原到不易萃取的三价，从而实现共萃的铀和钚之间的分离。目前所有设计的或者正在运行的商用后处理厂，如法国的阿格厂、英国的Thorp厂以及俄罗斯的RT-1厂等均采用四价铀来实现铀钚分离。但为实现铀钚分离所加入的四价铀溶液，会造成水相钚产品的稀释，此外加入的四价铀也会被萃取到有机相加重后续铀纯化过程的负担。为将这些不利的效应降到最低，需要采用高浓度、高四价铀含量的还原剂溶液。因此，制备出高浓度、高四价铀含量的溶液具有重要的意义。
目前，后处理厂制备四价铀的方法主要由电解还原法和催化还原法两种。催化还原法又可分为氢催化还原法和肼催化还原法。催化还原法，通常以负载铂的小球为催化剂，用氢或者肼实现UO2(NO3)2的还原来制备四价铀。该法具有生产能力大、四价铀转化率高等特点，但存在设备复杂、反应条件苛刻，设备维修和催化剂定期更换费用高。电解还原法，利用阴极的电子为还原剂，实现UO2(NO3)2的还原。此方法具有设备简单，反应条件温和，过程易控，不引入杂质等特点。
连续生产过程，具有产品质量稳定，易于操作和控制等优势，因此化工的大规模生产都倾向于采用连续过程。目前报道的电解制备四价铀装置，主要是基于批式过程，不利于四价铀的连续稳定制备，难以保证不同批次产品的质量，部分连续制备的过程，四价铀转化率又不高。
比利时欧化厂制备四价铀的电解槽，以石墨为阴极，铂为阳极，阴阳极用陶瓷膜隔开；初始电解液组成为150g/L U(VI)、2mol/L硝酸、0.3mol/L肼，体积为115L；采用批式电解，最大电流300A，电压7.5V，静态电解15小时后四价铀转化率达到90％。(参考文献：《国外核燃料后处理》，任凤仪，周镇新编著，第144页)
我国传统的槽式电解装置，将阴极和阳极置于同一电解池内，之间无任何隔离物，槽内充满硝酸铀酰，将硝酸铀酰在阴极电解还原得到四价铀。由于不存在隔膜，一方面所制得的四价铀会被阳极或阳极产生的氧气所氧化，形成“内循环”，另一方面阳极会消耗大量肼。因此，只有60％-70％的硝酸铀酰转化为四价铀。(参考文献：[1]隔膜电解还原法制备四价铀的研究,核技术,1997,20(7):413-417；[2]动态连续电解还原制备四价铀的研究,核技术,1998,21(10),624-628)。
现有技术中还有通过采用圆筒形的钛网为阴极，将阳极置于阴极的中心的技术方案，该技术方案的阴极表面积远大于阳极，减少四价铀在阳极的氧化，并通过料液的不断循环来强化传质和传热，提出了一个批式的电解制备四价铀的装置(参考文献：一种电解还原制备四价铀的装置,CN103695956B)。
另外现有技术中还有采用多级电解来提高四价铀转化率，并通过空气鼓泡的方式来强化传质和传热的技术方案，虽然该装置实现了连续运行，但是四价铀制备效率较低，四价铀转化率很难达到80％以上，且会产生大量的放射性气体需要处理。(参考文献：电解槽制备四价铀技术在中试厂的应用研究,核技术工业应用分卷,2011,第2卷,137-144)。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种连续电解制备四价铀的装置，本技术方案能够连续高效电解制备四价铀。
本发明的技术方案如下：
一种连续电解制备四价铀的装置，包括上下密封的筒体；所述筒体内部被隔膜分为内腔和外腔；所述内腔内设置有可旋转的阴极；所述筒体的外壁为阳极；内腔设置有原料液入口和产品液出口；所述外腔设置有阳极液入口和出口；所述阳极液入口和出口均与冷却机构连接。
进一步地，上述的连续电解制备四价铀的装置，所述冷却机构包括依次连接的循环泵和冷却储罐；来自阳极液出口的阳极液在循环泵的动力作用下进入冷却储罐，在冷却储罐中被冷却后经由阳极液入口进入所述外腔。
进一步地，上述的连续电解制备四价铀的装置，所述冷却储罐通过盘管或夹套的方式进行冷却。
进一步地，上述的连续电解制备四价铀的装置，所述原料液入口和阳极液入口均设置于所述筒体下部；产品液出口和阳极液出口均设置于所述筒体上部。
进一步地，上述的连续电解制备四价铀的装置，所述阴极材料为钛或钽或铌。
进一步地，上述的连续电解制备四价铀的装置，所述阳极为钛或涂层钛；所述涂层钛内层镀铂或钌或铱。
进一步地，上述的连续电解制备四价铀的装置，所述隔膜为无机玻璃隔膜或陶瓷隔膜或离子交换膜。
进一步地，上述的连续电解制备四价铀的装置，所述阴极为实心或底端密封的空心圆筒。
进一步地，上述的连续电解制备四价铀的装置，所述阴极底部设置有转轴，所述筒体的底部设置有与该转轴配合的定位凹槽。
本发明的有益效果如下：
1、本发明通过阴极旋转的方式提高了四价铀的电解制备效率，避免了阴极液循环只能批式运行生产的弊端；
2、通过隔膜的方式避免四价铀被阳极或阳极产生的氧气所氧化而形成的“内循环”，在连续生产时提高了转换率；
3、仅采用阳极液循环冷却的方式，实现了对装置温度的控制，保证了制备所得四价铀的稳定存在，避免了通气冷却或者其它方式产生大量放射性尾气。
附图说明
图1为本发明的连续电解制备四价铀的装置的结构示意图。
上述附图中，1、阳极；2、阴极；3、隔膜；4、原料液入口；5、产品液出口；6、阳极液入口；7、阳极液出口；8、循环泵；9、冷却储罐；10、冷却水入口；11、冷却水出口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明公开了一种连续电解制备四价铀的装置，包括上下密封的筒体；所述筒体内部被隔膜3分为内腔和外腔；所述内腔内设置有可旋转的阴极2；所述筒体的外壁为阳极1；内腔设置有原料液入口4和产品液出口5；所述外腔设置有阳极液入口6和出口；所述阳极液入口6和出口均与冷却机构连接。所述阴极2为实心或底端密封的空心圆筒。所述阴极2底部设置有转轴，所述筒体的底部设置有与该转轴配合的定位凹槽，如此，以保持阴极2转动的稳定性。本发明通过阴极2旋转的方式提高了四价铀的电解制备效率，避免了阴极液循环只能批式运行生产的弊端；通过隔膜3的方式避免四价铀被阳极1或阳极1产生的氧气所氧化而形成的“内循环”，在连续生产时提高了转换率。
所述冷却机构包括依次连接的循环泵8和冷却储罐9；来自阳极液出口7的阳极液在循环泵8的动力作用下进入冷却储罐9，在冷却储罐9中被冷却后经由阳极液入口6进入所述外腔。所述冷却储罐9通过盘管或夹套的方式进行冷却。图1中，来自阳极液出口7的温度较高的阳极液自冷却储罐9上部进入，经过冷却后温度较低的阳极液自冷却储罐9下部流出；而冷却水入口10则是设置在下部，冷却水出口11设置在上部；通过这样的方式能够取得更好的冷却效果。
本发明仅采用阳极液循环冷却的方式，实现了对装置温度的控制，保证了制备所得四价铀的稳定存在，避免了通气冷却或者其它方式产生大量放射性尾气。
所述原料液入口4和阳极液入口6均设置于所述筒体下部；产品液出口5和阳极液出口7均设置于所述筒体上部。这样的液体出入口设置能够更好的加大处理效果，有利于实现四价铀的高效制备和转化。
本实施例中，所述阴极2的材料为钛或钽或铌。所述阳极1为钛或涂层钛；所述涂层钛内层镀铂或钌或铱。所述隔膜3为无机玻璃隔膜或陶瓷隔膜或离子交换膜，夹在两电极中间不与电极直接接触。
在本发明的一个具体实施例中，该装置包括旋转的圆筒形钛阴极，固定的作为外壳圆筒形钛阳极(内层镀铂)，夹在两电极中间不与电极直接接触的陶瓷隔膜。阴极底部有一个轴，可限制在下方凹槽，保证旋转过程的稳定。设备运行过程中阴极圆筒(可为实心或者底端密封的空心圆筒)不断旋转，原料液(阴极液)连续加入，产品液连续流出，阳极液不断循环冷却。阳极液存储在料液罐中，并通过循环泵不断循环，阳极液罐可用盘管方式加以冷却，控制装置内料液及阴极流出液温度低于50℃。
采用该具体实施例的装置制备四价铀，步骤如下：
1、将六价铀原料液和硝酸阳极液加入本实施例中的电解装置，六价铀原料液的组成为：220g/L铀—3mol/L硝酸—0.4mol/L肼，阳极液则为2mol/L的硝酸；
2、以10rpm的速度旋转阴极，并以60mA/cm2的电流密度电解；
3、以10ml/L的流速加入原料液，阳极液则以2L/min的流量不断循环，控制产品液出口温度低于50℃；
4、电解15min后，产品液出口得到稳定的四价铀产品，四价铀转化率达到95％。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种连续电解制备四价铀的装置，其特征在于，包括上下密封的筒体；所述筒体内部被隔膜分为内腔和外腔；所述内腔内设置有可旋转的阴极；所述筒体的外壁为阳极；内腔设置有原料液入口和产品液出口；所述外腔设置有阳极液入口和出口；所述阳极液入口和出口均与冷却机构连接。
2.如权利要求1所述的连续电解制备四价铀的装置，其特征在于，所述冷却机构包括依次连接的循环泵和冷却储罐；来自阳极液出口的阳极液在循环泵的动力作用下进入冷却储罐，在冷却储罐中被冷却后经由阳极液入口进入所述外腔。
3.如权利要求2所述的连续电解制备四价铀的装置，其特征在于，所述冷却储罐通过盘管或夹套的方式进行冷却。
4.如权利要求1所述的连续电解制备四价铀的装置，其特征在于，所述原料液入口和阳极液入口均设置于所述筒体下部；产品液出口和阳极液出口均设置于所述筒体上部。
5.如权利要求1所述的连续电解制备四价铀的装置，其特征在于，所述阴极材料为钛或钽或铌。
6.如权利要求1所述的连续电解制备四价铀的装置，其特征在于，所述阳极为钛或涂层钛；所述涂层钛内层镀铂或钌或铱。
7.如权利要求1所述的连续电解制备四价铀的装置，其特征在于，所述隔膜为无机玻璃隔膜或陶瓷隔膜或离子交换膜。
8.如权利要求1-7任一所述的连续电解制备四价铀的装置，其特征在于，所述阴极为实心或底端密封的空心圆筒。
9.如权利要求8所述的连续电解制备四价铀的装置，其特征在于，所述阴极底部设置有转轴，所述筒体的底部设置有与该转轴配合的定位凹槽。
CN202011619425.2A 2020-12-30 2020-12-30 一种连续电解制备四价铀的装置 Pending CN112877709A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011619425.2A CN112877709A (zh) 2020-12-30 2020-12-30 一种连续电解制备四价铀的装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011619425.2A CN112877709A (zh) 2020-12-30 2020-12-30 一种连续电解制备四价铀的装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112877709A true CN112877709A (zh) 2021-06-01

Family

ID=76046499

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011619425.2A Pending CN112877709A (zh) 2020-12-30 2020-12-30 一种连续电解制备四价铀的装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112877709A (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4217181A (en) * 1978-06-09 1980-08-12 National Research Development Corporation Recovery of uranium oxides by electrolysis
CN2173247Y (zh) * 1993-10-18 1994-08-03 浙江工学院 阴极转动分隔式电解槽
CN1496420A (zh) * 2001-03-12 2004-05-12 ���ױ���⼰�������̼����������ι� 利用脉冲式阴极电流并且混合阳极偶合程序来回收金属的方法及装置
US20080296151A1 (en) * 2007-06-04 2008-12-04 Jong-Hyeon Lee Continuous electrolytic refining device for metal uranium
CN103695956A (zh) * 2013-12-30 2014-04-02 中国原子能科学研究院 一种电解还原制备四价铀的装置
CN106098130A (zh) * 2016-06-16 2016-11-09 西南科技大学 一种电还原处理低浓度含铀废水制取铀氧化物的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4217181A (en) * 1978-06-09 1980-08-12 National Research Development Corporation Recovery of uranium oxides by electrolysis
CN2173247Y (zh) * 1993-10-18 1994-08-03 浙江工学院 阴极转动分隔式电解槽
CN1496420A (zh) * 2001-03-12 2004-05-12 ���ױ���⼰�������̼����������ι� 利用脉冲式阴极电流并且混合阳极偶合程序来回收金属的方法及装置
US20080296151A1 (en) * 2007-06-04 2008-12-04 Jong-Hyeon Lee Continuous electrolytic refining device for metal uranium
CN103695956A (zh) * 2013-12-30 2014-04-02 中国原子能科学研究院 一种电解还原制备四价铀的装置
CN106098130A (zh) * 2016-06-16 2016-11-09 西南科技大学 一种电还原处理低浓度含铀废水制取铀氧化物的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
E. G. OREBAUGH ET AL: "ELECTROLYTIC PRODUCTION OF URANOUS NITRATE", 《DISTRIBUTION CATEGORY》 *
F.A.SCHIMMEL: ""reduction cell with vertical rotating mercury ctahode"", 《CHEMISTRY - GENERAL》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Anodic materials for electrocatalytic ozone generation
CN103668342B (zh) 一种锰电解用钛基复合阳极及制备方法
JP3198298B2 (ja) 光触媒−電解ハイブリッドシステムによる水素の製造方法
CN111905725A (zh) 一种Ru基催化剂及其制备方法和应用
CN103695956B (zh) 一种电解还原制备四价铀的装置
CN101792913B (zh) 一种成对电解合成生产丁二酸和硫酸的方法
JPS631448A (ja) 有機廃棄物の処理方法およびそのための触媒／助触媒組成物
CN109055983B (zh) 一种电镀含金废水的回收工艺和装置
CN102021600B (zh) 一种利用氧阴极无隔膜电解生产碘酸钾的方法及装置
JP2001233602A (ja) 半導体光触媒反応装置及び電解装置からなる水素の製造装置
CN112877709A (zh) 一种连续电解制备四价铀的装置
CA1165274A (en) A method of electrochemically obtaining the pu (vi) oxidation stage
CN114000160B (zh) 一种四价铀的制备装置及方法
CN114717571B (zh) 阳极电解液及苯甲醛和氢耦合联产系统与应用
CN115094434B (zh) 氧化铱电催化剂批量制备方法及电解水制氢应用
CN113802130B (zh) 一种电解水催化剂及其制备方法
CN102011135A (zh) 一种循环电解反应装置及其制备钒电池电解液的方法
CN201981272U (zh) 铀熔盐电解精炼阴极动密封装置
CN114133004A (zh) 一种新型电催化膜反应器及其在制备高纯氢气上的应用
CN104911630A (zh) 一种低槽压电解锌的方法
CN108383214B (zh) 一种光伏电催化有机废水处理反应器及其阳极制备方法
CN113061907A (zh) 一种Co基催化剂及其应用
CN113789529B (zh) 一种将乙二醛光电催化氧化为乙醛酸的合成方法
CN114016046A (zh) 一种电解制备四价铀的装置及方法
CN113969410B (zh) 一种采用非贵金属氧化物将5-羟甲基糠醛电催化加氢合成2,5-二羟甲基呋喃的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination