一种二氧化铀的制备方法技术

本发明专利技术属于核化工技术领域，尤其涉及一种二氧化铀的制备方法。本发明专利技术提供的制备方法，包括以下步骤：采用三电极体系，以熔融态碱金属卤化物为电解液，以U3O8为工作电极进行电解还原，得到所述二氧化铀。本发明专利技术提供的制备方法以U3O8为工作电极进行电解还原，在熔融态碱金属卤化物中，通过电子扩散、电子迁移和电子对流的作用在辅助电极完成放电，最终制备得到二氧化铀。本发明专利技术提供的制备方法采用电解还原U3O8制备二氧化铀，不仅能够制备得到化学计量比稳定的二氧化铀，且制备方法简单、系统安全性高、工艺流程短。工艺流程短。工艺流程短。

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化铀的制备方法


[0001]本专利技术属于核化工
，尤其涉及一种二氧化铀的制备方法。

技术介绍

[0002]混合氧化物(MOX)燃料在核能领域，特别是快中子增殖堆(FBR)中具有重要的应用前景。二氧化铀作为其中的重要组成部分，其O/U比对燃料的物理化学性能具有重要影响。而即使在室温下，暴露在空气中的二氧化铀也会发生自发氧化，其O/U比极易发生偏移。
[0003]工业上制备二氧化铀通常采用重铀酸铵(ADU)工艺，即：以UF6为原料，经过水解和沉淀得到重铀酸铵(ADU)，继而在H2气氛下分解还原成二氧化铀粉末。为了获得性能均匀的产品，该工艺通常需要在冷空气中将产品进一步稳定。该工艺不仅生产周期长、工序复杂，且获得的二氧化铀粉末的O/U比也不稳定，在一些对O/U比要求严格的场景中不适用。
[0004]另一种常用的获得接近化学计量比二氧化铀的方法是将被部分氧化的二氧化铀在H2气氛下进行长时间高温还原。虽然获得的二氧化铀粉末的O/U比较稳定，但由于该过程是一种高温下的气固反应过程，安全隐患大。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种二氧化铀的制备方法，本专利技术提供的制备方法制备的二氧化铀化学计量比稳定，且系统安全性高。
[0006]本专利技术提供了一种二氧化铀的制备方法，包括以下步骤：
[0007]采用三电极体系，以熔融态碱金属卤化物为电解液，以U3O8为工作电极进行电解还原，得到所述二氧化铀。
[0008]优选的，所述三电极体系中的参比电极为Ag/AgCl，所述工作电极的电压为
‑
1.5～
‑
2.1V。
[0009]优选的，所述熔融态碱金属卤化物为LiCl熔盐，所述LiCl熔盐中Li2O的质量百分比≤1％。
[0010]优选的，所述LiCl熔盐的温度为620～700℃。
[0011]优选的，所述U3O8为U3O8块体，所述U3O8块体的致密度为59～90％。
[0012]优选的，所述U3O8块体的制备方法包括以下步骤：
[0013]将U3O8粉末依次进行压片，得到U3O8成型体；
[0014]将所述U3O8成型体烧结，得到所述U3O8块体；
[0015]所述烧结的温度为800～1200℃。
[0016]优选的，所述压片的压力为30～300MPa，保压时间为1～10s。
[0017]优选的，所述烧结的保温时间为3～24h，由室温升温至所述烧结的温度的升温速率为2～10℃/min。
[0018]优选的，所述U3O8粉末的粒径为0.1～1μm。
[0019]优选的，所述U3O8块体为圆柱状，所述U3O8块体的直径为5～20mm，所述U3O8块体的
高度为3～15mm。
[0020]本专利技术提供了一种二氧化铀的制备方法，包括以下步骤：采用三电极体系，以熔融态碱金属卤化物为电解液，以U3O8为工作电极进行电解还原，得到所述二氧化铀。本专利技术提供的制备方法以U3O8为工作电极进行电解还原，U3O8在熔融态碱金属卤化物中具有半导体性质，其电导率为138.4(Ωcm)
‑1，在电场作用下，U3O8中的氧离子会进入并溶解在熔融态碱金属卤化物中，通过电子扩散、电子迁移和电子对流的作用在三电极体系中的辅助电极上完成放电，最终制备得到二氧化铀。在此过程中发生以下电极反应：U3O8+4e
‑
＝3UO2+2O2‑
，2O2‑
+C＝CO2+4e
‑
，O2‑
+C＝CO+2e
‑
，2O2‑
＝O2+4e
‑
。本专利技术提供的制备方法采用电解还原U3O8制备二氧化铀，不仅能够制备得到化学计量比稳定的二氧化铀，且系统安全性高。
附图说明
[0021]图1为本专利技术U3O8在LiCl熔盐中的循环伏安电化学曲线；
[0022]图2为本专利技术实施例1U3O8在1000℃烧结前后的外观实物图和电镜图；
[0023]图3为本专利技术实施例1制备的UO
2.000
粉末的SEM形貌图；
[0024]图4为本专利技术实施例1制备的UO
2.000
粉末的XRD图；
[0025]图5为本专利技术实施例1制备的UO
2.000
粉末的TG/DSC曲线图。
具体实施方式
[0026]本专利技术提供了一种二氧化铀的制备方法，包括以下步骤：
[0027]采用三电极体系，以熔融态碱金属卤化物为电解液，以U3O8为工作电极进行电解还原，得到所述二氧化铀。
[0028]在本专利技术中，如无特殊说明，所使用的原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
[0029]本专利技术提供的制备方法采用三电极体系，所述三电极体系包括工作电极、参比电极和辅助电极。
[0030]在本专利技术中，所述电解液为熔融态碱金属卤化物，所述熔融态碱金属卤化物优选包括LiCl熔盐和/或KCl熔盐。
[0031]在本专利技术中，所述电解液优选为LiCl熔盐，所述LiCl熔盐中Li2O的质量百分比优选≤1％，更优选为≤0.5％。
[0032]在本专利技术中，当所述电解液优选为LiCl熔盐时，所述LiCl熔盐的温度优选为620～700℃，更优选为630～680℃，最优选为640～660℃。
[0033]在本专利技术中，所述参比电极优选为Ag/AgCl电极。
[0034]在本专利技术中，所述工作电极(阴极)为U3O8。
[0035]在本专利技术中，以Ag/AgCl电极作为参比电极，所述工作电极的电压优选为
‑
1.5～
‑
2.1V，更优选为
‑
1.8～
‑
2V。
[0036]在本专利技术中，所述U3O8优选为U3O8块体，所述U3O8块体的制备方法优选包括以下步骤：
[0037]将U3O8粉末压片，得到U3O8成型体；
[0038]将所述U3O8成型体烧结，得到所述U3O8块体；
[0039]所述烧结的温度为800～1200℃。
[0040]本专利技术将U3O8粉末压片，得到U3O8成型体。在本专利技术中，所述U3O8粉末的粒径优选为0.1～1μm，更优选为0.2～0.8μm。
[0041]在本专利技术中，所述U3O8粉末的含水率优选≤0.1％。
[0042]本专利技术优选对所述U3O8粉末进行前处理，在本专利技术中，所述前处理优选包括干燥，在本专利技术中，所述干燥的温度优选为100～550℃，更优选为110～250℃。本专利技术对所述干燥的时间没有特殊要求，将所述U3O8粉末干燥至恒重即可。在本专利技术中，所述干燥优选在马弗炉中进行。
[0043]在本专利技术中，所述压片的压力优选为30～300MPa，更优选为50～250MPa，最优选为100～200MPa。在本专利技术中，所述保压时间优选为1～10s，更优选为1.5～8s，最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二氧化铀的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：采用三电极体系，以熔融态碱金属卤化物为电解液，以U3O8为工作电极进行电解还原，得到所述二氧化铀。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述三电极体系中的参比电极为Ag/AgCl，所述工作电极的电压为
‑
1.5～
‑
2.1V。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述熔融态碱金属卤化物为LiCl熔盐，所述LiCl熔盐中Li2O的质量百分比≤1％。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述LiCl熔盐的温度为620～700℃。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述U3O8为U3O8块体，所述U3O8块体的致密度为59～90％。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖俊生，杜云峰，唐浩，高瑞，杨振亮，李冰清，邵浪，姜交来，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：