離子液體中電沉積錒系元素的研究現狀

劉坤琳，李葉凡，曹 智

中核四0四科學技術研究院，甘肅 嘉峪關 735100

世界范圍內有大約450個核反應堆，提供全球大約11%的電力，反應堆核裂變過程中不產生溫室氣體，被認為是一種緩解氣候變暖的有力方案[1]。然而，這些核反應堆每年會產生成千上萬噸乏燃料，為了實現核能的可持續發展，必須對這些乏燃料進行循環再利用。目前，乏燃料后處理主要分為濕法和干法兩種。前者的經典成熟工藝為PUREX工藝，采用無機酸將乏燃料中的錒系氧化物進行溶解，然后采用含磷有機萃取劑將錒系金屬離子萃取到有機相中，經洗滌、反萃、純化、轉化得到錒系氧化物。干法后處理主要分為：氟化物揮發法[2]和熔鹽電解法[3-5]。熔鹽電解法又可以分為三類：(1) 電解沉積，在氧化物電解提取過程中，錒系氧化物以氯酰配位陽離子(或氯氧化物)的形式溶解在堿金屬或堿土金屬鹵化物中，然后以氧化物的形式電沉積錒系元素；(2) 電解精煉，該工藝最初是為金屬燃料開發的，將乏燃料溶解在熔融的堿金屬氯化物介質中(通常以金屬為陽極，采用犧牲陽極的方式將金屬轉化為金屬離子)，然后選擇性電沉積錒系元素；(3) 電解還原，在熔融LiCl或CaCl2介質中，通過Li或Ca在錒系氧化物上的初始沉積，將錒系氧化物直接電化學還原為相應金屬。上述傳統方法存在許多缺點，例如：濕法后處理工藝流程長，存在核臨界安全風險，并產生大量高、中、低水相放射性廢物；以堿金屬或堿土金屬鹵化物為電解質的干法后處理需高溫操作(工藝溫度為773 K或更高)、能耗高、熔鹽介質腐蝕性強。……