7]通过ICP-AES分析不同反应时间的熔盐中U的含量确定氯化反应进行的程度，如图2所示。根据图2显示的结果，将U0#PA1C1 3同时加入熔盐中以后，熔盐中U(IV)的浓度随反应时间的增加迅速增大，大约4.5小时以后浓度趋于稳定，氯化过程至少需要4.5小时完成，为了保证UO2充分氯化，以下铀-铝合金的制备均在氯化反应时间大于6小时之后进行。
[0048]实施例2
[0049](I)将质量比为44.8:50的LiCl和KCl在马弗炉中180°C干燥脱水72小时以上，熔盐加热至450°C熔融；恪化后向熔盐中后通入高纯Ar气，鼓泡2小时，在10g熔盐中加入
0.3gU02^P 2.0gAlCl 3，氯化反应6小时。以铝片做阴极(长2.0cm,宽0.5cm,厚2.0mm)，石墨为阳极(直径6_)，Ag⑴/Ag参比电极，恒电位法电解法制备铀-铝合金。在铝片电极上施加-1.2V的电位，恒电位电解。电解5小时，在铝片电极上得到铀-铝合金产物标记为Μ-然后换一支新铝电极继续电解5小时得到铀-铝合金，产物标记为M2。产物MjPM2冷却后用无水乙醇清洗，然后进行分析。图5为表征结果，a 132和c分别为M:的XRD，SEM和EDS分析结果，bjP b 2为M 2的XRD和SEM分析结果。结果表明M i主要有Al金属和Al3U组成，M2主要由Al 3U和Al2U组成。MjP M 2表面均有少量未清洗净的盐。将样品溶于浓硝酸，稀释后进行ICP-AES分析，由于铝片遇到浓硝酸钝化，只有铝电极表面的合金被溶解。结果表明乂中Al含量为70wt.%，U含量为30wt.%;M2*A1含量为24wt.%，U含量为 76wt.% ο
[0050](2)在熔盐中加入不同量的 U0jPAlCl3(U02，0.3g;AlCl3，0.5g-3.0g)，待氯化反应完成完全后分别研宄其电化学行为，确定AlCl3含量对电化学行为的影响。采用三电极体系研宄其电化学行为，钨丝为工作电极，石墨棒为对电极，Ag(I)/Ag参比电极。图3a所示为，在熔盐中加入0.3g和0.5gAlCl3氯化6小时，在钨电极上的循环伏安曲线(CV)。图3a中，峰C和C分别对应Al的析出和溶解峰，峰B为U(IV)/U(III)还原峰，B'对应其氧化峰。峰F和P分别对应U (I II)/U (O)和U (O)/U (I II)反应。说明U(IV)在该熔盐体系中为两步还原过程。峰D为铀-铝合金的形成峰，而D'对应其溶解峰，峰H'可能对应另一种U-Al合金的溶解峰。峰E为U(III)离子在电极上的吸附峰，则为U(III)在电极上的脱附峰。
[0051]采用方波伏安法(SWV)进一步研宄了该体系的电化学行为，方波伏安法对于电化学信号的响应比CV更灵敏，图3b所示为该体系的SWV曲线。图3b中，除了峰D外还发现DjPD2两个还原峰，根据其电位判断，D1, D*D2均为铀-铝合金的形成峰。根据U-Al相图分析，D1, D和仏分别对应A14U，Al3U和Al2U的生成。改变么1(:13的加入量，在熔盐中加入
0.3g和1.0gAlCl3氯化6小时，在钨电极上得到CV曲线，如图4所示。图4中峰C与图3相比明显增大，峰D相对于图3也明显增强，说明在熔盐中增加AlCl3的含量有利于铀-铝合金的沉积。图3与图4中峰D比峰DjP D2明显，说明Al3U比Al2U和Al4U更容易生成。
[0052]实施例3
[0053]将质量比为50:55.2的LiCl和KCl在马弗炉中220°C干燥脱水72小时以上，熔盐加热至550°C熔融；熔化后向熔盐中后通入高纯Ar气，鼓泡2小时，在10g熔盐中加入0.3gU02^P 3.0gAlCl 3，氯化反应10小时。以铝片做阴极(长2.0cm,宽0.5cm,厚2.0mm)，石墨为阳极(直径6mm)，Ag(I)/Ag参比电极，通过恒电位法电解法从熔盐中提取铀。在铝片电极上施加-1.2V的电位恒电位电解，通过Al(III)离子与U(IV)离子的共还原在铝阴极上得到铀-铝合金实现铀的提取。在提取过程中，通过方波伏安法检测熔盐中各离子随沉积时间的浓度变化，确定U的提取率。电解至40小时更换一次铝电极。图6为恒电位电解提取铀的过程中，不同电解时间条件下，熔盐体系在钨电极上的SWV曲线。图6中，电解进行110小时以后，U(III)/U的还原峰F消失，说明熔盐中U的浓度趋近于O。在提取过程中，不同时间电解时间条件下取少量的盐，通过ICP-AES检测熔盐中各离子的浓度随电解时间的变化，如图7所示。在沉积过程中熔盐的颜色逐渐由黄绿色变为深紫色，说明U(IV)首先被大量还原U(III)。随后随着电沉积的进行，熔盐的紫色逐渐变浅，说明U(III)的含量逐渐降低。经过110小时的电解，U的回收率达到了 99%。图8为提取产物的XRD，SEM及EDS表征。表征结果表明，产物以提取产物主要为Al3U，同时伴有少量的A14U。将两支铝电极上的产物分别标记为EPjP EP 2，将产物分别溶于浓硝酸，稀释后进行ICP-AES分析。EP1 中 Al 含量为 45wt.%，U 含量为 55wt.%；ΕΡ2φ Al 含量为 34wt.%，U 含量为 66wt.%。
[0054]在本发明上述各实施例中，实施例的序号仅仅便于描述，不代表实施例的优劣。对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0055]在本发明的装置和方法等实施例中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。同时，在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
[0056]应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
[0057]最后应说明的是:虽然以上已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。
【主权项】
1.一种铀-铝合金，其特征在于，所述铀-铝合金的组成为:A1、Al 4U、Al3U和Al2U,其中Al含量为24?70% ;U含量为30?76%。
2.一种铀-铝合金的熔盐电解制备方法，其特征在于: 将LiCl和KCl熔盐加热至熔融； 将UO2粉末和AlCl 3粉末同时加入熔盐中，使而2氯化形成UCl 4; 以铝片为阴极，石墨为阳极，Ag⑴/Ag为参比电极，通过恒电位电解法在阴极上沉积出铀-铝合金。
3.根据权利要求2所述的铀-铝合金的熔盐电解制备方法，其特征在于:所述LiCl-KCl熔盐在高温电阻炉中，加热温度为450-550 °C，LiCl与KCl的质量比为(44.8-50.0): (55.2-50.0)。
4.根据权利要求2所述的铀-铝合金的熔盐电解制备方法，其特征在于??每10gLiCl-KCl熔盐对应加入0.2-0.4g UO2；U0 2粉末与AlCl 3粉末的重量比为0.3:0.5-3.0。
5.根据权利要求2所述的铀-铝合金的熔盐电解制备方法，其特征在于:将LiCl和KCl熔盐加热至熔融之前还包括:将LiCl和KCl混匀后，在马弗炉中干燥脱水72小时以上，干燥的温度为180-220°C。
6.根据权利要求2-5任一项所述的铀-铝合金的熔盐电解制备方法，其特征在于:在UO2氯化过程中，在熔盐中通入高纯Ar气鼓泡，使氯化充分进行。
7.根据权利要求6所述的铀-铝合金的熔盐电解制备方法，其特征在于:在UO2氯化过程中，取一定量的熔盐，通过电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)检测熔盐中各U(IV)离子的浓度变化，确定氯化过程进行的程度。
8.根据权利要求7所述的铀-铝合金的熔盐电解制备方法，其特征在于:在铝片电极上施加-1.2V的电位，通过Al (III)离子与U (IV)离子的共还原制备铀-铝合金。
9.根据权利要求6所述的铀-铝合金的熔盐电解制备方法，其特征在于:采用三电极体系确定铀-铝合金的沉积电位，钨丝为工作电极，石墨棒为对电极，Ag (I) /Ag为参比电极。
10.根据权利要求6所述的铀-铝合金的熔盐电解制备方法，其特征在于:在电解制备合金的过程中，通过方波伏安法检测熔盐中各离子的浓度变化。
【专利摘要】本发明公开了一种铀-铝合金及其熔盐电解制备方法，所述铀-铝合金的组成为：Al、Al4U、Al3U和Al2U，其中Al含量为24～70％；U，30～76％。本发明还提供一种铀-铝合金的熔盐电解制备方法，将LiCl-KCl熔盐加热至熔融；将UO2粉末和AlCl3粉末同时加入熔盐中，使UO2氯化形成UCl4；以铝片为阴极，石墨为阳极，Ag(I)/Ag为参比电极,通过恒电位电解法在阴极上沉积出铀-铝合金。采用本发明的方法，可以在LiCl-KCl熔盐体系中，直接由UO2为前体在较低温度下制备得到铀-铝合金，并能实现铀在熔盐中的有效提取。
【IPC分类】C25C3-36
【公开号】CN104694974
【申请号】CN201510079369
【发明人】石伟群, 刘雅兰, 刘奎, 袁立永
【申请人】中国科学院高能物理研究所
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年2月13日