CN114214635A - 一种采用电沉积高效制备二氧化铀的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用电沉积高效制备二氧化铀的方法，属于含铀氧化物制备技术领域。本发明采用恒电位沉积法将碳酸盐溶液中的UO2 2+转变为可直接使用的UO2，并通过调整pH、温度、电位、碳酸盐浓度及阳离子浓度等条件最大限度提高碳酸盐溶液中UO2的制备速率。本发明将UO2的制备速率提高到0.00382mg/(h·cm2)，并且沉积制备的UO2以片状粘附在铂电极表面，易于收集，可以直接应用于核工业。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用电沉积高效制备二氧化铀的方法，属于含铀氧化物制备技术领域。
背景技术
二氧化铀核燃料由于具有熔点高(2865℃)、非裂变这元素氧的热中子俘获截面低(＜0.0002b)，在化学和结构方面具有较高的辐照稳定性，且制造费用较低，为轻水反应堆站电站广泛应用的核燃料。
现有二氧化铀的制备方法为采用针对高浓度铀的TBP萃取工艺来生产，以铀化学浓缩物为原料，制备出高浓度铀溶液，然后用TBP萃取，负载有机相经洗涤后，采用稀酸反萃取，获得高纯度硝酸铀酰溶液，再经沉淀、碳酸铵转型结晶、煅烧、还原等工序，最终制得UO2，该制备方法工艺繁琐，且制备效率低。为了解决上述问题，现有技术采用电化学技术直接实现溶液中铀酰转化为UO2，且反应过程中不会产生污染性的产物，是一种高效科学的制备UO2燃料的方法。现有技术的制备过程大多都在酸性体系下进行的。这是由于现有的电化学制备UO2的方法是基于酸性体系下铀酰的提取发展而来，然而其存在UO2边沉积边溶解的问题，降低了制备效率以及技术使用的经济型。因此提供一种高效制备二氧化铀的方法是十分必要的。
发明内容
本发明为了解决现有上述技术问题，提供一种采用电沉积高效制备二氧化铀的方法。
本发明的技术方案：
一种采用电沉积高效制备二氧化铀的方法，该方法为：将含铀溶液使用碳酸盐溶液调节至一定pH值作为电沉积液，以金属铂作为阴极和阳极，在敞开式沉积装置中采用恒电位进行电沉积，在阴极获得二氧化铀。
进一步限定，含铀溶液的浓度为1g/L。
进一步限定，使用碳酸盐溶液调节含铀溶液的pH值为3.4～11。
更进一步限定，使用饱和碳酸盐溶液调节含铀溶液的pH值为10。
进一步限定，恒电位为-0.4V～-1V。
进一步限定，电沉积液温度为20℃～55℃。
进一步限定，电沉积液温度为35℃。
进一步限定，碳酸盐为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铵或碳酸钾，所述的碳酸盐溶液浓度为0.03～0.6mol/L。
进一步限定，阴极和阳极均为2×2cm2的铂金属片。
本发明有益效果：
本发明采用恒电位沉积法将碳酸盐溶液中的UO2 2+转变为可直接使用的UO2，并通过调整pH、温度、电位、碳酸盐浓度及阳离子浓度等条件最大限度提高碳酸盐溶液中UO2的制备速率，提高到0.00382mg/(h·cm2)，实现快速地将碳酸盐溶液中的UO2 2+制备为UO2。此外，制备的UO2以片状粘附在铂电极表面，易于收集，可以直接应用于核工业。且在较低电位的情况下就可以实现较高的UO2的制备速率，这主要是由于碳酸盐溶液中主要以UO2(CO)3 4-为优势物种，其还原能垒较低。因此在碳酸盐溶液中不需要太高的电位即可实现UO2的制备。
附图说明
图1为不同pH值电沉积液条件下铂电极表面沉积物UO2的XRD图；
图2为实施例1获得的铂电极表面沉积物UO2的SEM照片。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。
实施例1：
(1)制备电沉积液：向铀浓度为1g/L的含铀溶液中加入饱和碳酸钠溶液，调节混合液至pH为10。
(2)预处理电极片：以尺寸为2×2×0.01cm3的高纯铂金属片作为阴极和阳极，使用前采用乙醇溶液对铂电极进行清洗去除电极表面存在的有机物；通过稀盐酸溶液进行清洗去除电极表面存在的氧化物；采用稀硫酸对电极进行电化学活化。
(3)电沉积处理：采用水浴方式加热电沉积液维持在35℃，将预处理后的电极片插入电沉积液中，保持-1V的恒电位进行沉积处理1h，在阴极获得含铀氧化物。
铀的浓度采用ICP进行确定，通过计算确定其电沉积速率，沉积速率为0.002516mg/(h·cm2)。
对经过电沉积处理后的阴极进行微观结构表征，结果如图2所示，由图2可知，沉积的含铀氧化物以片状粘附在铂电极表面。
实施例2：
本实施例与实施例1不同处为：沉积电位分别为-0.4V、-0.6V、-0.7V、-0.8V和-0.9V，其余操作步骤以及参数设置于实施例1完全相同。
沉积速率分别为0.00102mg/(h·cm2)、0.00149mg/(h·cm2)、0.00148mg/(h·cm2)、0.00293mg/(h·cm2)和0.00294mg/(h·cm2)。
实施例3：
本实施例与实施例1不同处为：电沉积温度分别为20℃、25℃、45℃和55℃，其余操作步骤以及参数设置于实施例1完全相同。
沉积速率分别为0.00211mg/(h·cm2)、0.0022mg/(h·cm2)、0.00297mg/(h·cm2)和0.00382mg/(h·cm2)。
实施例4：
本实施例与实施例1不同处为：电沉积液的pH值分别为：3.4、5.0、6.0、8.0和11.0，其余操作步骤以及参数设置于实施例1完全相同。
沉积速度分别为0.00391mg/(h·cm2)、0.00799mg/(h·cm2)、0.00327mg/(h·cm2)、0.00331mg/(h·cm2)和0.00112mg/(h·cm2)。
实施例5：
本实施例与实施例1不同处为：步骤(1)制备电沉积液：向铀浓度为1g/L的含铀溶液中分别加入碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铵和碳酸钾，并控制混合液中碳酸盐浓度为0.1mol/L，其余操作步骤以及参数设置于实施例1完全相同。
沉积速率分别为0.00252mg/(h·cm2)、0.00162mg/(h·cm2)、0.000805mg/(h·cm2)和0.00221mg/(h·cm2)。
实施例6：
本实施例与实施例1不同处为：步骤(1)制备电沉积液：向铀浓度为1g/L的含铀溶液中加入碳酸钠，并控制混合液中碳酸钠的浓度为0.03mol/L、0.06mol/L、0.2mol/L、0.4mol/L和0.6mol/L，其余操作步骤以及参数设置于实施例1完全相同。
沉积速率分别为0.00251mg/(h·cm2)、0.00250mg/(h·cm2)、0.00281mg/(h·cm2)、0.00296mg/(h·cm2)和0.00277mg/(h·cm2)。
实施例7：
本实施例与实施例1不同处为：电沉积液的pH值分别为：5.5，6.5和8.0其余操作步骤以及参数设置于实施例1完全相同。
对阴极产物进行XRD分析，由图1可知，阴极产物在不同pH下均为UO2。
对比例1：
本对比例与实施例1不同处为：步骤(1)电沉积液为铀浓度为1g/L的含铀溶液，其余操作步骤以及参数设置于实施例1完全相同。
沉积速率为0.002516mg/(h·cm2)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，鉴于本发明所属领域的技术人员可以对上述实施方式进行适当的变更和修改，因此，本发明并不局限于上面所述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种采用电沉积高效制备二氧化铀的方法，其特征在于，该方法为：将含铀溶液使用碳酸盐溶液调节至一定pH值作为电沉积液，以金属铂作为阴极和阳极，在敞开式沉积装置中采用恒电位进行电沉积，在阴极获得二氧化铀。
2.根据权利要求1所述的一种采用电沉积高效制备二氧化铀的方法，其特征在于，所述的含铀溶液中铀的浓度为1g/L。
3.根据权利要求1或2所述的一种采用电沉积高效制备二氧化铀的方法，其特征在于，使用碳酸盐溶液调节含铀溶液的pH值为3.4～11。
4.根据权利要求3所述的一种采用电沉积高效制备二氧化铀的方法，其特征在于，所述的使用饱和碳酸盐溶液调节含铀溶液的pH值为10。
5.根据权利要求1所述的一种采用电沉积高效制备二氧化铀的方法，其特征在于，所述的恒电位为-0.4V～-1V。
6.根据权利要求1所述的一种采用电沉积高效制备二氧化铀的方法，其特征在于，所述的电沉积时间为1h。
7.根据权利要求1所述的一种采用电沉积高效制备二氧化铀的方法，其特征在于，所述的电沉积液温度为20℃～55℃。
8.根据权利要求1或7所述的一种采用电沉积高效制备二氧化铀的方法，其特征在于，所述的电沉积液温度为35℃。
9.根据权利要求1所述的一种采用电沉积高效制备二氧化铀的方法，其特征在于，所述的碳酸盐为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铵或碳酸钾，所述的碳酸盐溶液浓度为0.03～0.6mol/L。
10.根据权利要求1所述的一种采用电沉积高效制备二氧化铀的方法，其特征在于，所述的阴极和阳极均为2×2cm2的铂金属片。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220322 |
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