Электролитическое рафинирование металла

Процесс осуществляют в расплавах на основе галогенидов щелочных или щёлочно-земельных металлов. Для снижения рабочих температур предпочтение отдают легкоплавким эвтектическим смесям, например:

LiCl-KCl эвт. t_пл.= 363 ^оС

электролит: LiCl-KCl-UCl₃ t_раб. = 450-500 ^оС.

NaCl-CaCl₂ эвт. t_пл.= 500 ^оС

электролит: NaCl-CaCl₂-UCl₃ t_раб. = 550-650 ^оС.

NaCl-CsCl эвт. t_пл.= 493 ^оС

электролит: NaCl-CsCl-UCl₃ t_раб. = 550-600 ^оС.

Концентрация урана в электролите [U³⁺] = 5-10 масс.%.

Анодный процесс заключается в ионизации урана:

U – 3 e + 6 Cl^- → UCl₆^3-

При этом будут растворяться только те примеси у которых φ(Меⁿ⁺/Ме) отрицательнее чем φ(U³⁺/U).

Примеси с более положительными потенциалами, чем φ(U³⁺/U) не ионизируются и переходят в шлам. Лучше этот шлам связать, например, используя жидкий токоподвод из легкоплавких металлов (сплавов).

Металл (сплав)	tпл., ^оС	tкип., ^оС	σа, барн
Bi			0,032
Pb			0,17
Zn			1,06
Cd
Bi(55.5)-Pb(44.5) масс.%

Катодный процесс:

UCl₆^3- + 3 e → U + 6 Cl^-

Вместе с ураном на катоде могли бы соосаждаться лишь те примеси, у которых потенциал разряда ионов положительнее φ(U³⁺/U).

	Анод, ионизация	Катод, осаждение
Участвуют в электродном процессе	φ(Me^n^+/Me) < φ(U^3+/U) т.е. отрицательнее (-)	φ(Me^n^+/Me) > φ(U^3+/U) т.е. положительнее (+)
Не участвуют в электродном процессе	φ(Me^n^+/Me) > φ(U^3+/U) т.е. положительнее (+)	φ(Me^n^+/Me) < φ(U^3+/U) т.е. отрицательнее (-)

Таким образом, электролитическое рафинирование может быть универсальным способом. Нет ни одной примеси, от которой нельзя было бы избавиться, особенно при возможности постоянного контроля потенциалов анода и катода.

Конечно, процесс электрорафинирования, в частности, электродные реакции осложняют поляризационные процессы, контролируемые диффузией. Поэтому важно знать приёмы и способы, снижающие их влияние. Например, можно использовать нестационарные токи электролиза (потенциостатические, импульсно-потенциостатические). В принципе возможности электролитического рафинирования безграничны (нет принципиальных ограничений).

Схема рафинировочного электролизёра с биполярным электродом

электролит 1 электролит 2

электрод 1 электрод 2 (биполярный)

катод - Мо

Электролизом можно получать металл чистотой 99,99 масс.%. Но этой чистоты можно добиться лишь при очень высокой технической культуре производства. Исходный уран, поступающий на электролитическое рафинирование, – после вакуумного рафинирования.

Содержание примесей в электролитическом уране (масс.%):

C - 0.0015

O - 0.0008

N - 0.001

H - нет

Al - 0.0006

Fe - 0.0005

Si - 0.0003

Нетрудно видеть, что высокая чистота может быть достигнута и при рафинировании вторичного урана (содержащего РНД).

Дата добавления: 2014-01-07