Разделение празеодима, неодима, урана на сплавах Ga-In и Ga-Sn эвтектического состава в хлоридных расплавах

• Автор: Мельчаков, Станислав Юрьевич
• Шифр специальности: 05.17.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 167 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 ТЕРМОДИНАМИКА СПЛАВООБРАЗОВАНИЯ И ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР СТАТЕЙ ПО РАЗДЕЛЕНИЮ/-ЭЛЕМЕНТОВ НА ЖИДКИХ МЕТАЛЛАХ

1Л Связь между основными термодинамическими

характеристиками

1.2 Определение активности компонентов в сплаве

1.3 Физико-химические аспекты определения растворимости /-металлов в легкоплавких сплавах

1.4 Определение коэффициентов активности компонентов

сплавов
1.5 Расчет коэффициентов разделения металлов в системе «расплавленная соль - жидкий легкоплавкий металл»
1.6 Литературный обзор статей по разделению лантанидов и актинидов в системах «солевой расплав - жидкий
металл»
1.7 Требования к представлению экспериментальных данных термодинамических измерений и оценка погрешности измерений
1.8 Возможные источники ошибок метода ЭДС
Выводы
2 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
2.1 Спецификация используемых в работе реагентов
2.2 Приготовление электролитов
2.3 Приготовление эвтектических сплавов галлия с индием и оловом
2.4 Методика измерения электродвижущих сил гальванических элементов
2.5 Методики определения растворимости лантанидов
в легкоплавких сплавах
2.6 Методика определения коэффициентов разделения /элементов в системе «жидкий металл - солевой расплав»
2.7 Подготовка сплавов к химическому анализу
2.8 Приготовление солевых электролитов, содержащих
хлориды лантанидов и урана
Выводы

3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРЦИАЛЬНЫХ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ ПРАЗЕОДИМА И НЕОДИМА В ЭВТЕКТИЧЕСКИХ ГАЛЛИЕВЫХ ЛЕГКОПЛАВКИХ СПЛАВАХ і
ЗЛ Определение термодинамических функций празеодима
в сплавах с индием и висмутом
3.2 Определение термодинамических функций неодима в сплавах
с индием и висмутом
3.3 Определение термодинамических характеристик празеодима
в эвтектическом сплаве галлий-индий
3.4 Определение термодинамических характеристик неодима в эвтектическом сплаве галлий-индий
3.5 Сравнение парциальных термодинамических функций празеодима и неодима в галлий-индиевых эвтектических сплавах
3.6 Определение термодинамических характеристик празеодима
в эвтектическом сплаве галлий-олово
3.7 Определение термодинамических характеристик неодима
в эвтектическом сплаве галлий-олово
3.8 Сравнение парциальных термодинамических функций празеодима и неодима в галлий-оловяниых эвтектических сплавах
3.9 Избыточные термодинамические характеристики празеодима и неодима в легкоплавких эвтектических сплавах на основе галлия
Выводы
4 ВЛИЯНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ГАЛЛИЯ В ЛЕГКОПЛАВКИХ СПЛАВАХ Са-1п НА РАСТВОРИМОСТЬ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ
4.1 Изучение растворимости неодима в жидком галлии
4.2 Изучение растворимости неодима в жидком индии
4.3 Определение времени насыщения неодимом галлиевых
сплавов, содержащих 40,0 и 70,0 мас.% индия
4.4 Изучение растворимости неодима в сплавах Са-1п
(40 мас.% Іп)
4.5 Изучение растворимости неодима в сплавах Са-Тп
(70 мас.% 1п)
4.6 Сравнение данных по растворимости неодима в сплавах
с различным содержанием галлия

Выводы
5 ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ РАЗДЕЛЕНИЯ ЛАНТАНИДОВ И АКТИНИДОВ В СИСТЕМЕ «ХЛОРИДНЫЙ РАСПЛАВ - ЭВТЕКТИЧЕСКИЙ СПЛАВ Ga-Sn»
И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА КОЭФФИЦИЕНТОВ РАЗДЕЛЕНИЯ
5.1 Термодинамическое обоснование возможности разделения лантанидов и актинидов на эвтектических сплавах Ga-Sn
в солевых хлоридных расплавах
5.2 Расчет коэффициентов разделения пары Nd/Pr
5.3 Расчет коэффициентов разделения пары Ln(Pr, Nd)/U.
5.4 Верификация коэффициентов разделения пары Nd/Pr
5.5 Верификация коэффициентов разделения пары Nd/U
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А (справки о полезности результатов работы)

материалов в ядерно-топливный цикл. Термодинамические расчеты и оценки коэффициентов разделения пар «Ln/Ln», «Ln/Ап», «Ап/Ап» в солевых хлоридных расплавах, проводились почти для всех индивидуальных легкоплавких металлов: Zn, Cd, Al, Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi [4, 18].
Экспериментальное определение KP актинидов и лантанидов проводилось для твердых А1 и расплавленных Cd, Zn, Ga, Bi электродов. Лучше всего этот вопрос проработан для жидких кадмиевых и висмутовых электродов. Как будет показано далее, экспериментально зафиксированные значения КР лантанидов и актинидов на кадмии и висмуте невелики.
Для экспериментального определения коэффициентов разделения традиционно используют метод восстановительной экстракции литием или электролиз расплавов солей, содержащих хлориды разделяемых элементов.
Возможность разделения лантанидов (La, Nd) и актинидов (Am, Ри) на твердых алюминиевых электродах в эвтектическом расплаве LiCl-KCl при температуре 733 К показали авторы работы [19]. Для фракционирования компонентов проводили катодное восстановление хлоридов америция и плутония, находящихся в расплаве вместе с хлоридами лантана и неодима. Авторами показана высокая эффективность разделения ^элементов электролизом: выход суммы актинидов составил 94%, при этом содержание неодима в катодном осадке составило всего 0,55 мае. %. Концентрация неодима в солевой фазе практически не изменилась. Высокие показатели процесса разделения достигались за счет существенного отличия в потенциалах выделения лантанидов и актинидов на алюминиевых электродах (разница между потенциалами достигала 100 мВ). Процесс электроосаждения сопровождался сплавообразованием актинидов с алюминием и ростом плотного катодного осадка.
В работе [20] методами циклической вольтамперометрии изучалось совместное поведение суммы РЗЭ, Zr, U, Pu, Ат в солевом расплаве 3LiCl-2KCl при пропускании постоянного электрического тока с целью выделения урана на алюминиевом электроде при температуре 723 К. Показано, что селективное