一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件的制作方法

本发明属于电化学冶金，具体涉及一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件。

背景技术：

1、电化学冶金是一种利用电化学反应来提取金属的方法，相较于传统的湿法冶金，该方法具有效率高、成本低，产物纯度高等优势。因此，电化学冶金被广泛用于镁、铝、钛、镍、稀土等金属的熔炼、提纯。基于上述优势，电化学冶金技术也被美、俄、日、韩等国用于核电站卸载乏燃料的电解提取回收。

2、在现有的乏燃料熔盐电解装置中，乏燃料从阳极篮中熔解后进入熔盐，在阴极被还原。该过程阳极与阴极的间距较远，电场分布不均，回收的金属易发生偏聚与塞积，造成电极间短路。为提高熔盐电解效率，现有技术在熔盐电解装置中增加搅拌桨设计，加速熔盐传质。但搅拌桨结构的增加提高了设备故障率，尤其是与高温腐蚀性熔盐、乏燃料接触后的设备零部件具有高放射性，维修与处置困难。如何实现简化设计结构，高效熔盐电解，降低设备故障率，是乏燃料熔盐电解装备结构设计的难点。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件。该电极组件通过将熔盐电解装置设计连接为圆柱状的一体化电极组件，使电极间距缩短，电场均匀分布，能够根据实际需求灵活安装，同时利用旋转主轴带动阳极旋转，代替传统搅拌桨，加速熔盐传质，通过在阳极篮外壁安装陶瓷刮刀用于刮除还原产物，解决了现有乏燃料熔盐电解装置结构分散，电场分布不均，熔盐电解效率低以及设备故障率高的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，包括阳极托板、与阳极托板顶端固定连接的旋转主轴以及与阳极托板底端连接的阳极，所述阳极包括若干阳极篮和位于阳极篮内的阳极棒，所述阳极篮外壁上安装有若干陶瓷刮刀，所述阳极外围套装有阴极筒，所述阴极筒底端连接有收集篮，所述旋转主轴上端连接有密封板，所述密封板底端螺接有连接筒，所述连接筒底端与阴极筒顶端螺接。

3、上述的一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述所述旋转主轴通过磁性联轴器贯穿连接在密封板中心。

4、上述的一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述密封板边缘开设有台阶，所述台阶底端开设有环形密封槽，所述环形密封槽内嵌有金属密封圈，所述环形密封槽与金属密封圈间填充有高温填缝剂，所述密封板底端设有凹槽，所述凹槽内设有内螺纹。

5、上述的一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述阳极托板底端设有若干第一滑槽和若干螺纹孔，所述第一滑槽为若干同心双c形结构，所述第一滑槽底端开设有若干第一槽口。

6、上述的一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述阳极棒置于阳极篮内部，所述阳极棒上端设有螺纹棒，所述螺纹棒用于螺接阳极托板。

7、上述的一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述阳极棒横截面为扇形，所述阳极篮为扇形盒状结构，所述阳极篮顶端设有滑轨，用于与第一滑槽连接，所述阳极篮外壁开设有若干t形槽及若干微孔，所述t形槽内安装有陶瓷刮刀。

8、上述的一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述阴极筒为由外筒和内筒组成的两个同心圆筒结构，所述外筒顶端四周边缘设有若干上凸台，底端四周边缘设有若干下凸台，所述内筒底端四周边缘设有若干内筒凸台。

9、上述的一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述连接筒表面绝缘，所述连接筒顶端开设有外螺纹，所述连接筒底端设置有第二滑槽，用于连接上凸台，所述第二滑槽为圆环状，所述第二滑槽底端开设有若干第二槽口。

10、上述的一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述收集篮下部设有若干通孔，所述收集篮上端开设有第三滑槽，用于连接下凸台和内筒凸台，所述第三滑槽为两个同心圆环状，所述第三滑槽顶面开设有若干第三槽口。

11、本发明与现有技术相比具有以下优点：

12、1、本发明通过将乏燃料熔盐电解装置设计为圆柱状的一体化电极组件，使一体化电极组件能够根据实际需求灵活安装，便于维护安装，通过将阳极置于阴极筒内部，缩短电极间距，提高电解效率，通过将若干阳极棒和若干阳极篮设置为扇形结构，将阴极筒设置为外筒和内筒的两个同心圆筒结构，阳极与阴极相互配合，使得熔盐电解过程中一体化电极组件内电场均匀分布，实现了乏燃料高效熔盐电解。

13、2、本发明通过设置旋转主轴，利用旋转主轴带动阳极旋转，代替传统搅拌桨设计，加速熔盐传质，降低了设备故障率。

14、3、本发明通过在阳极篮外壁安装陶瓷刮刀，使阳极篮旋转时带动陶瓷刮刀旋转，当阴极筒内壁附着的还原产物到达一定厚度，陶瓷刮刀在旋转过程中刮除还原产物，避免还原产物持续呈树枝状生长，连接阴极和阳极造成一体化电极组件短路。

15、4、本发明通过将阳极篮、阴极筒以及收集篮在一体化电极组件结构中设计为滑槽连接，由于阳极篮、阴极筒以及收集篮表面会附着熔盐，采用螺纹连接容易卡死，同时阳极篮内部的乏燃料具有放射性，无法进行人工拆装，采用滑槽连接的方式，便于机械臂对阳极篮、阴极筒以及收集篮进行拆装。

16、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，包括阳极托板（4）、与阳极托板（4）顶端固定连接的旋转主轴（2）以及与阳极托板（4）底端连接的阳极，所述阳极包括若干阳极篮（6）和位于阳极篮（6）内的阳极棒（5），所述阳极篮（6）外壁上安装有若干陶瓷刮刀（9），所述阳极外围套装有阴极筒（7），所述阴极筒（7）底端连接有收集篮（8），所述旋转主轴（2）上端连接有密封板（1），所述密封板（1）底端螺接有连接筒（3），所述连接筒（3）底端与阴极筒（7）顶端螺接。

2.根据权利要求1所述一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述旋转主轴（2）通过磁性联轴器贯穿连接在密封板（1）中心。

3.根据权利要求1所述一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述密封板（1）边缘开设有台阶（1-1），所述台阶（1-1）底端开设有环形密封槽（1-3），所述环形密封槽（1-3）内嵌有金属密封圈（1-5），所述环形密封槽（1-3）与金属密封圈（1-5）间填充有高温填缝剂（1-6），所述所述密封板（1）底端设有凹槽（1-2），所述凹槽（1-2）内设有内螺纹（1-4）。

4.根据权利要求1所述一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述阳极托板（4）底端设有若干第一滑槽（4-1）和若干螺纹孔（4-2），所述第一滑槽（4-1）为若干同心双c形结构，所述第一滑槽（4-1）底端开设有若干第一槽口（4-3）。

5.根据权利要求1所述一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述阳极棒（5）置于阳极篮（6）内部，所述阳极棒（5）上端设有螺纹棒（5-1），所述螺纹棒（5-1）用于螺接阳极托板（4）。

6.根据权利要求4所述一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述阳极棒（5）横截面为扇形，所述阳极篮（6）为扇形盒状结构，所述阳极篮（6）顶端设有滑轨（6-1），用于与第一滑槽（4-1）连接，所述阳极篮（6）外壁开设有若干t形槽（6-2）及若干微孔（6-3），所述t形槽（6-2）用于安装陶瓷刮刀（9）。

7.根据权利要求1所述一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述阴极筒（7）为由外筒（7-1）和内筒（7-2）组成的两个同心圆筒结构，所述外筒（7-1）顶端四周边缘设有若干上凸台（7-3），底端四周边缘设有若干下凸台（7-4），所述内筒（7-2）底端四周边缘设有若干内筒凸台（7-5）。

8.根据权利要求7所述一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述连接筒（3）表面绝缘，所述连接筒（3）顶端开设有外螺纹（3-1），所述连接筒（3）底端设置有第二滑槽（3-2），用于连接上凸台（7-3），所述第二滑槽（3-2）为圆环状，所述第二滑槽（3-2）底端开设有若干第二槽口（3-3）。

9.根据权利要求7所述一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述收集篮（8）下部设有若干通孔（8-1），所述收集篮（8）上端开设有第三滑槽（8-2），用于连接下凸台（7-4）和内筒凸台（7-5），所述第三滑槽（8-2）为两个同心圆环状，所述第三滑槽（8-2）顶面开设有若干第三槽口（8-3）。

技术总结本发明公开了一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，包括阳极托板、与阳极托板顶端固定连接的旋转主轴以及与阳极托板底端连接的阳极，阳极包括若干阳极篮和位于阳极篮内的阳极棒，阳极篮外壁上安装有若干陶瓷刮刀，阳极外围套装有阴极筒，阴极筒底端连接有收集篮，旋转主轴上端连接有密封板，密封板底端螺接有连接筒，连接筒底端与阴极筒顶端螺接。本发明的电极组件通过将乏燃料熔盐电解装置设计为一体化电极组件，能根据实际需求灵活安装，使电极间距缩短，电场均匀分布，利用旋转主轴带动阳极旋转，代替传统搅拌桨，通过在阳极篮外壁安装陶瓷刮刀，用于刮除还原产物，降低了设备故障率，实现了乏燃料高效熔盐电解。技术研发人员：余中狄,宰伟,吴金平,刘后龙,王超超受保护的技术使用者：西安稀有金属材料研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/4/17