一种适用于金属乏燃料干法后处理的电解提取设备的制作方法

本发明属于乏燃料后处理，具体涉及一种适用于金属乏燃料干法后处理的电解提取设备。

背景技术：

1、核能是一种能量密度较高的清洁能源，安全、高效，快中子增值反应堆技术(简称快堆)对铀等资源的利用率较高，既充分利用了稀缺资源，又有效的降低了放射性，是核能可持续发展的重要技术，而快堆的乏燃料后处理工艺是能否实现核燃料循环及其高效利用的关键环节。

2、后处理的核心任务是分离并回收利用乏燃料中的u/tru，干法后处理技术可以满足具有燃耗深、高辐照等特点的快堆乏燃料后处理需要，实现核燃料循环再生。

3、干法处理采用高温熔盐介质，可处理高燃耗、强放射性乏燃料，是快堆乏燃料后处理的关键技术选择。干法处理包括若干工艺系统，锕系分离系统是其中重要的组成。锕系分离系统包括电解精炼、电解提取等环节，分别用于回收大量铀和超铀。超铀电解提取工艺单元的核心设备为电解提取设备，采用金属镉阴极，利用锕系和镧系元素在金属镉阴极上的合金化、去极化(欠电位沉积)作用差异，通过控制阴极电位来实现铀和超铀元素的回收。为满足该工艺的要求，需要发明一种能实现电解提取工艺的设备，该设备要能够应用在高放射性的热室环境下，同时设备的结构要模块化，各模块易于更换，操作简单。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种适用于金属乏燃料干法后处理的电解提取设备，该设备能够满足对金属乏燃料电解提取的工艺要求，且能够应用在高放射性的热室环境下。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种适用于金属乏燃料干法后处理的电解提取设备，包括：电解槽、设置在所述电解槽内的阳极组件和阴极组件、设置在所述电解槽外侧下方的加热组件、设置在所述电解槽上端口的炉盖组件；

4、所述电解槽为电解反应的容器，用于盛放经电解精炼设备电解后的熔盐；所述阴极组件包括坩埚，坩埚内盛放阴极物料液态镉，通过电解反应锕系合金在所述坩埚内沉积形成锕系-镉合金产品；所述加热组件用于对所述电解槽加热；所述炉盖组件用于密封所述电解槽。

5、进一步，如上所述的适用于金属乏燃料干法后处理的电解提取设备，所述电解槽外侧设置有保护罐，用于保护所述电解槽，降低泄漏风险；所述电解槽内部设置有隔热板，用于隔热以减少熔盐挥发。

6、进一步，如上所述的适用于金属乏燃料干法后处理的电解提取设备，所述阳极组件的电极材质为碳基材料或贵金属。

7、进一步，如上所述的适用于金属乏燃料干法后处理的电解提取设备，所述阳极组件中设置有排气孔，所述排气孔用于实时将电解反应产生的气体导出，避免影响反应效果。

8、进一步，如上所述的适用于金属乏燃料干法后处理的电解提取设备，所述加热组件为中空结构，所述电解槽放置在所述加热组件内；所述加热组件与所述电解槽采用分体式结构，且温区独立分布。

9、进一步，如上所述的适用于金属乏燃料干法后处理的电解提取设备，所述炉盖组件上分别开设有阳极组件孔和阴极组件孔，所述阳极组件、所述阴极组件可通过对应孔插入或提出所述电解槽。

10、进一步，如上所述的适用于金属乏燃料干法后处理的电解提取设备，在所述炉盖组件下所述电解槽上段外侧设置有冷却系统，用于保证所述炉盖组件具备所需的制冷能力。

11、进一步，如上所述的适用于金属乏燃料干法后处理的电解提取设备，所述设备还包括设置在所述电解槽外部的熔盐输送组件，所述熔盐输送组件通过输送管与所述电解槽内连接，用于将经电解精炼设备电解后的熔盐输送至所述电解提取设备的电解槽内。

12、进一步，如上所述的适用于金属乏燃料干法后处理的电解提取设备，所述炉盖组件上设置有阴极搅拌机构和熔盐搅拌机构，所述阴极搅拌机构和熔盐搅拌机构的下端分别浸没在所述坩埚内的液态镉和所述电解槽内的熔盐中，分别用于在电解反应过程中对所述坩埚内的液态镉和所述电解槽内的熔盐进行往复搅拌，增加反应效率。

13、进一步，如上所述的适用于金属乏燃料干法后处理的电解提取设备，所述设备还包括设置在所述电解槽外部的坩埚转移组件，用于更换所述阴极组件中的坩埚，并将换下的旧坩埚转移至下一道工艺。

14、进一步，如上所述的适用于金属乏燃料干法后处理的电解提取设备，所述设备还包括设置在所述电解槽外部的熔盐收集罐，所述熔盐收集罐通过真空系统与所述电解槽内部连接，所述真空系统用于在电解反应结束后将所述电解槽内的熔盐抽入所述熔盐收集罐中。

15、进一步，如上所述的适用于金属乏燃料干法后处理的电解提取设备，所述设备还包括执行机构，用于对所述炉盖组件、阳极组件和阴极组件执行各种移动操作。

16、与现有技术相比，本发明提供的适用于金属乏燃料干法后处理的电解提取设备，具有以下有益效果：

17、该设备采用金属镉阴极，利用锕系和镧系元素在金属镉阴极上的合金化、去极化(欠电位沉积)作用差异，通过控制阴极电位来实现铀和超铀元素的回收。该设备能满足对金属乏燃料电解提取的工艺要求，同时也适用于其他采用干法电解提取工艺的乏燃料处理；能够实现批式放射性电解提取操作的需要；结构整体独立、性能可靠、功能齐备。

技术特征：

1.一种适用于金属乏燃料干法后处理的电解提取设备，其特征在于，所述设备包括：电解槽(1)、设置在所述电解槽(1)内的阳极组件(3)和阴极组件(4)、设置在所述电解槽(1)外侧下方的加热组件(5)、设置在所述电解槽(1)上端口的炉盖组件(7)；

2.根据权利要求1所述的适用于金属乏燃料干法后处理的电解提取设备，其特征在于，所述电解槽(1)外侧设置有保护罐(2)，用于保护所述电解槽(1)，降低泄漏风险；所述电解槽(1)内部设置有隔热板，用于隔热以减少熔盐挥发。

3.根据权利要求2所述的适用于金属乏燃料干法后处理的电解提取设备，其特征在于，所述阳极组件(3)的电极材质为碳基材料或贵金属。

4.根据权利要求3所述的适用于金属乏燃料干法后处理的电解提取设备，其特征在于，所述阳极组件(3)中设置有排气孔，所述排气孔用于实时将电解反应产生的气体导出，避免影响反应效果。

5.根据权利要求4所述的适用于金属乏燃料干法后处理的电解提取设备，其特征在于，所述加热组件(5)为中空结构，所述电解槽(1)放置在所述加热组件(5)内；所述加热组件(5)与所述电解槽(1)采用分体式结构，且温区独立分布。

6.根据权利要求1-5任一项所述的适用于金属乏燃料干法后处理的电解提取设备，其特征在于，所述炉盖组件(7)上分别开设有阳极组件孔和阴极组件孔，所述阳极组件(3)、所述阴极组件(4)可通过对应孔插入或提出所述电解槽(1)。

7.根据权利要求6所述的适用于金属乏燃料干法后处理的电解提取设备，其特征在于，在所述炉盖组件(7)下所述电解槽(1)上段外侧设置有冷却系统(6)，用于保证所述炉盖组件(7)具备所需的制冷能力。

8.根据权利要求7所述的适用于金属乏燃料干法后处理的电解提取设备，其特征在于，所述设备还包括设置在所述电解槽(1)外部的熔盐输送组件(8)，所述熔盐输送组件(8)通过输送管与所述电解槽(1)内连接，用于将经电解精炼设备电解后的熔盐输送至所述电解提取设备的电解槽(1)内。

9.根据权利要求1所述的适用于金属乏燃料干法后处理的电解提取设备，其特征在于，所述炉盖组件(7)上设置有阴极搅拌机构(9)和熔盐搅拌机构(10)，所述阴极搅拌机构(9)和熔盐搅拌机构(10)的下端分别浸没在所述坩埚内的液态镉和所述电解槽(1)内的熔盐中，分别用于在电解反应过程中对所述坩埚内的液态镉和所述电解槽(1)内的熔盐进行往复搅拌，增加反应效率。

10.根据权利要求9所述的适用于金属乏燃料干法后处理的电解提取设备，其特征在于，所述设备还包括设置在所述电解槽(1)外部的坩埚转移组件(11)，用于更换所述阴极组件(4)中的坩埚，并将换下的旧坩埚转移至下一道工艺。

11.根据权利要求10所述的适用于金属乏燃料干法后处理的电解提取设备，其特征在于，所述设备还包括设置在所述电解槽(1)外部的熔盐收集罐，所述熔盐收集罐通过真空系统与所述电解槽(1)内部连接，所述真空系统用于在电解反应结束后将所述电解槽(1)内的熔盐抽入所述熔盐收集罐中。

12.根据权利要求7-11任一项所述的适用于金属乏燃料干法后处理的电解提取设备，其特征在于，所述设备还包括执行机构(12)，用于对所述炉盖组件(7)、阳极组件(3)和阴极组件(4)执行各种移动操作。

技术总结本发明公开了一种适用于金属乏燃料干法后处理的电解提取设备，涉及乏燃料后处理技术领域，该设备包括：电解槽、设置在所述电解槽内的阳极组件和阴极组件、设置在所述电解槽外侧下方的加热组件、设置在所述电解槽上端口的炉盖组件；所述电解槽为电解反应的容器，用于盛放经电解精炼设备电解后的熔盐；所述阴极组件包括坩埚，坩埚内盛放阴极物料液态镉，通过电解反应锕系合金在所述坩埚内沉积形成锕系‑镉合金产品；所述加热组件用于对所述电解槽加热；所述炉盖组件用于密封所述电解槽。本发明所提供的设备能够满足对金属乏燃料电解提取的工艺要求，同时也适用于其他采用干法电解提取工艺的乏燃料处理，且能够应用在高放射性的热室环境下。技术研发人员：林如山,陈志华,张磊,陈彪受保护的技术使用者：中国原子能科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/7/11