Pb电极上熔盐电解提取Pr和Dy及电化学检测

摘要

本文采用一系列的电化学方法研究LiCl-KCl熔盐体系中稀土离子Pr(Ⅲ)和Dy(Ⅲ)在惰性W电极、液态Pb电极和Pb膜电极上的电化学行为，利用活性Pb电极研究了电化学提取Pr和Dy的可行性及检测熔盐中稀土离子浓度的变化，为提取乏燃料中的锕系元素提供了基础的实验数据和方法。本文的研究主要包括下列几个方面:
　　1.研究了LiCl-KCl-PbCl2体系在惰性W电极上的电化学行为，不同终止电位的循环伏安、方波伏安、计时电位等研究结果表明，Pb-Li之间存在五种金属间化合物。通过不同扫速的循环伏安曲线，计算出扩散系数为1.55×10-5cm2s-1。并计算了不同温度下的扩散系数，根据温度与扩散系数的关系，计算出扩散活化能为39.4kJ mol-1。在643-733K温度下，通过不同温度的开路计时电位，计算Pb-Li金属间化合物的热力学相关数据，如Pb-Li化合物的标准摩尔生成吉布斯自由能，标准摩尔生成焓和标准摩尔生成熵，并通过恒电流电解制备Pb-Li合金，X射线衍射法的结果表明制备出的Pb-Li合金是LiPb和Li3Pb金属间化合物。
　　2.温度为773K时，研究了Pr(Ⅲ)在惰性W电极上不同扫速的循环伏安曲线，发现该还原过程是受扩散控制的，并计算得扩散系数为1.04×10-5cm2s-1。通过塔菲尔曲线计算了动力学数据得出活化能为24.94kJ mol-1。循环伏安、方波伏安、开路计时电位等电化学方法的研究结果表明Pr(Ⅲ)离子在Pb膜电极上能生成四种Pb-Pr金属间化合物，通过XRD和SEM-EDS对得到的Pb-Pr合金进行表征，结果表明有Pb3Pr合金化合物的生成。在773K和823K温度时，根据Pr(Ⅲ)浓度与方波伏安峰高的对应关系，绘制出了Pr(Ⅲ)在W电极上的标准工作曲线。然后加入一定量的Pr(Ⅲ)进行恒电流电解提取，间隔相同时间分别作出方波伏安曲线，发现方波伏安峰电流不断降低，然后通过标准工作曲线找出不同峰高对应的浓度，检测电化学提取过程中稀土Pr(Ⅲ)离子浓度的变化。
　　3.研究了Dy(Ⅲ)在液态Pb电极上不同扫速的循环伏安曲线，发现Dy(Ⅲ)的还原过程受扩散控制，并计算得扩散系数8.08×10-5cm2s-1。通过循环伏安、方波伏安、开路计时电位发现Dy(Ⅲ)离子在Pb膜电极上存在四种金属间化合物，与相图所得结果相一致。通过恒电位提取Dy制备Pb-Dy合金并表征，结果表明Pb-Dy合金主要是Pb3Dy金属间化合物。在773K和823K温度时，根据Dy(Ⅲ)的浓度与方波伏安峰电流的对应关系，绘制出了Dy(Ⅲ)在W电极上的标准工作曲线。然后进行恒电流电解提取，间隔相同时间分别作出方波伏安曲线，发现方波伏安曲线峰电流不断降低，然后通过标准工作曲线，找出方波伏安峰高相对应的浓度，检测电化学提取过程中稀土Dy(Ⅲ)离子浓度的变化。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1引言

1．2熔盐及熔盐电解

1．2．1熔盐的基本性质

1．2．2熔盐的结构

1．2．3熔盐电解简介

1．2．4熔盐电解合金制备

1．3 Pb合金

1．3．1 Pb-RE合金的性质

1．3．2 Pb合金的应用前景

1．4本文的研究意义与研究内容

1．4．1本文的研究意义

1．4．2研究内容

第2章实验部分

2．1．1实验试剂

2．1．2实验仪器

2．2实验装置

2．2．1电解池

2．2．2三电极体系

2．3测试和表征

2．4本章小结

第3章Pb(Ⅱ)在LiCl-KCl-PbCl2熔盐中电化学行为的研究

3．1引言

3．2 Pb(Ⅱ)在LiCl-KCl-PbCl2熔盐中电化学行为

3．3．1扩散系数的计算

3．3．2扩散活化能的计算

3．4热力学数据计算

3．5恒电流制备Pb-Li合金及其表征

3．6本章小结

第4章Pr(Ⅲ)在铅膜电极上的电化学行为的研究

4．1前言

4．2．1 Pr(Ⅲ)离子在LiCl-KCl熔盐体系中扩散系数的计算

4．2．2通过塔菲尔曲线法计算活化能

4．2．3 Pr(Ⅲ)离子在LiCl-KCl-PbCl2熔盐体系中的电化学行为

4．3恒电流电解提取Pr和Pb-Pr合金的制备及其表征

4．4熔盐电解提取稀土(Pr)过程的电化学检测

4．4．2 823 K时Pr(Ⅲ)离子在惰性W电极上的工作曲线

4．4．3 773 K时熔盐电解提取稀土Pr过程的电化学检测

4．4．4 823 K时提取金属Pr的电化学检测

4．5本章小结

第5章Dy(Ⅲ)在铝膜电极及液态铅电极上的电化学行为的研究

5．2 Dy(Ⅲ)在液态Pb电极上扩散系数的计算

5．3 Dy(Ⅲ)在Pb膜电极上的电化学行为的研究

5．3．1循环伏安法和方波伏安法

5．3．2热力学数据的计算

5．4恒电位电解制备Pb-Dy合金及其表征

5．5熔盐电解提取稀土(Dy)过程的电化学检测

5．5．2 823 K温度下Dy(Ⅲ)的标准工作曲线

5．5．3 773 K温度下提取金属Dy的电化学检测

5．5．4 823 K温度下提取金属Dy的电化学检测

5．6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢