《乏燃料電冶金廢熔鹽淨化與放射性核素固化耦合》是依託清華大學，由李林艷擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：乏燃料電冶金廢熔鹽淨化與放射性核素固化耦合
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：李林艷
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著核能技術的發展，核廢料的安全處理亟待解決。以高溫熔鹽為介質的乏燃料電冶金乾法後處理流程由於無臨界問題和材料輻照降解等優點而倍受青睞。該流程產生的廢熔鹽因其高溫揮發性及強腐蝕性不能直接固化且含有放射性核素及有毒元素。擬採用熔鹽介質合成化學穩定性高、包容量大的稀土鋯酸鹽，實現廢熔鹽淨化與放射性核素固化的耦合。考察物料配比、溫度等因素對廢熔鹽中雜質的脫除與固化程度的影響。利用XRD、ICP、SEM、XPS等對淨化後的熔鹽純度、固化體的組成、結構及浸出率等進行分析表征，揭示稀土鋯酸鹽對廢熔鹽中各元素的固化規律以及多種元素共存時相互間的競爭機制和影響機理。採用串列靜電加速器產生的Xe離子以及質子束對固化體進行輻照實驗，模擬alpha-衰變造成的輻照損傷，並闡明輻照前後微觀結構演變及巨觀理化性質的變化。本項目的實施有望實現高放廢物的減量化和無害化，為乏燃料乾法後處理的可持續發展提供可靠保障。
結題摘要
乏燃料後處理是核能工業可持續發展的重要保障。在乏燃料後處理方法中，以高溫熔鹽（LiCl-KCl）為介質的電冶金後處理是研究最廣泛、發展較成熟的一種工藝，但電解後的熔鹽（後簡稱廢熔鹽）中仍含有少量有毒雜質及放射性元素，如La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Cr、Ni、Sr、U、Pu等。本項目採用水熱法和高溫固相法對廢熔鹽中放射性核素進行脫除與固化，實現熔鹽的循環利用及高放廢物的減量化和無害化。採用XRD、ICP、XRF等手段對沉澱產物、固化體、淨化後熔鹽進行物相及組成表征。 水熱法：採用La3+、Ce3+、Nd3+、Cr3+和Ni2+等離子模擬廢熔鹽中的裂變產物、腐蝕產物及錒系元素。用KOH調節廢熔鹽水溶液的pH值並置於水熱條件下進行沉澱反應，以去除上述離子。結果表明，pH為9時，即可將脫除上述絕大部分離子。 高溫固相法： （1）以氧化鋯為基質，脫除並固化廢熔鹽中稀土元素La3+、Ce3+、Pr3+、Nd3+、Sm3+、Gd3+,即在熔鹽介質LiCl-KCl中加入鋯及稀土的硝酸鹽合成稀土鋯酸鹽（Ln2Zr2O7），使稀土離子固化在鋯酸鹽的晶格中，達到淨化熔鹽的目的。結果表明，在1000oC以上，La3+、Pr3+、Nd3+及Sm3+均可與Zr4+形成結晶良好的燒綠石結構，Gd3+則與Zr4+形成結晶良好的缺陷螢石結構，從而被完全固化。而Ce3+則形成CeO2及Ce2Zr2O7的混合物，固化不完全。 （2）以鋯酸釓(Gd2Zr2O7)為基質脫除並固化廢熔鹽中的La3+、Ce3+、Nd3+、Cr3+和Ni2+。將上述某一種元素或多種元素取代Gd2Zr2O7中部分Gd進行摻雜合成，即以上述元素的氯化物、硝酸釓、硝酸鋯為原料，在熔鹽介質中進行反應，達到固化的目的。結果表明，當合成溫度為800oC時，10%單一元素摻雜固化時， Cr的固化率幾乎為0，其它離子的固化率均在99.9%以上；多種元素(取代率10%)同時進行固化時，Cr的固化率明顯提高，達80%。 （3）以鋯酸釓為基質，研究Sr在其中的固化條件。結果表明，在LiCl-KCl熔鹽中，在800℃下， Sr在Gd2Zr2O7中的固溶度可達10%。 本論文的研究結果對乏燃料電冶金過程產生的廢熔鹽的淨化及循環利用研究提供了實驗和理論數據。
