[发明专利]在线监测熔盐与液态金属还原萃取稀土离子浓度的方法

说明书

本发明提供了一种在线监测熔盐与液态金属还原萃取稀土离子浓度的方法，向含有氯化稀土的LiCl和KCl熔盐中加入Bi‑Li合金进行还原萃取，并对LiCl和KCl熔盐和Bi‑Li合金接触面不断搅拌，每隔1小时，采用参比电极、工作电极和对电极三电极体系测定方波伏安曲线，再根据稀土离子浓度的标准工作曲线的峰高得出稀土离子浓度的变化。本发明采用方波伏安法实时监测离子浓度是一种自动连续的过程，较其他分析方法比较具有灵敏度高、能够快速分析的特点；可以在线监测熔盐体系中稀土离子浓度变化，无需取样，实时监控熔盐与液态金属萃取工艺过程，更适用于含乏燃料的有放射性的熔盐体系，可避免对分析测试人员的辐照和分析数据的滞后性。

技术领域

本发明涉及一种在线监测稀土离子浓度的方法，尤其涉及一种在线监测熔盐与液态金属还原萃取稀土离子浓度的方法，属于乏燃料后处理领域。

背景技术

能源是维持人类现代文明最重要的物质基础，随着工业化的进程和人口的增长，人类已面临自然资源短缺和环境持续恶化的严重问题。核电是一种比较经济、安全、可靠和清洁的能源，其中核燃料循环是核电发展的核心问题。而乏燃料后处理则是制约核电发展的一大问题。干法后处理因其流程具有耐辐照、低临界风险、放射性废物少等优点，适宜处理高燃耗、短冷却期乏燃料，有希望满足先进核燃料循环中对乏燃料或者嬗变靶件的分离需要，非常适用于新型核能源系统的乏燃料后处理。已研究过的干法分离技术有：卤化物挥发法、熔盐电解法、熔盐金属萃取法、熔盐萃取法、熔盐/金属还原萃取法等。其中熔盐/金属还原萃取法在乏燃料后处理过程中除去裂变元素中稀土离子的方面有很广泛的应用。中国专利CN103077759A用氟化物熔盐/Bi-Li体系把含钍氟化物熔盐中的²³³Pa萃取到液态Bi-Li合金中，使²³³Pa与含钍熔盐即时分离，然后液态合金进入储存衰变分离器内使²³³Pa在不受中子照射的情况下衰变为²³³U并加以分离与提纯；美国专利US6442226用氟化物熔盐/Bi-Li体系通过还原萃取的方法把稀土元素和超铀元素分离，超铀元素从盐相被提取到铋相中，达到除去稀土离子的目的，因此可以用熔盐与液态金属还原萃取法达到除去裂变元素中稀土离子的目的。

然而，在高温熔盐与液态金属还原萃取过程中，没有监测反应进行的程度，因此本发明采用电化学测量方法中的方波伏安法对还原萃取过程中稀土离子的浓度进行在线监测，实现远距离遥控监视，降低了工作的难度和成本。

发明内容

本发明的目的是为了知道高温还原萃取进行的程度，可以远程监测还原萃取过程中稀土离子浓度的变化而提供一种在线监测熔盐与液态金属还原萃取稀土离子浓度的方法。

本发明的目的是这样实现的：

向含有氯化稀土的LiCl和KCl熔盐中加入Bi-Li合金进行还原萃取，并对LiCl和KCl熔盐和Bi-Li合金接触面不断搅拌，每隔1小时，采用参比电极、工作电极和对电极三电极体系测定方波伏安曲线，再根据稀土离子浓度的标准工作曲线的峰高得出稀土离子浓度的变化。

本发明还包括这样一些特征：

1.所述稀土离子浓度的标准工作曲线的绘制方法如下：

a、将LiCl和KCl共晶盐在240-260℃的温度下干燥72h，之后加热至450-750℃熔融，接上参比电极、工作电极和对电极三电极体系，在-2V的电位条件下进行预电解4-6h；

b、采用电化学工作站进行电化学循环伏安测试的方法确定稀土氧化峰和还原峰的位置；

c、分批向LiCl和KCl熔盐中加入氯化稀土并且用方波伏安法进行监测，绘制出稀土离子浓度的标准工作曲线。所述的工作电极为惰性钨电极、玻碳电极或钼电极。