一种基于电化学插层法解体球形活性阳极的装置的制作方法

本发明属于电化学电解领域，适用于放射性条件下含有球形活性阳极的电解过程。

背景技术：

高温气冷堆乏燃料实施后处理非常重要。需要针对其使用的球形燃料元件结构上的特殊性，进行专门的解体研究。在各种解体方法中，电化学插层法具有条件温和，不释放放射性核素，是较为适宜的方法。

电化学插层方法中，球形燃料元件作为活性阳极不断缩小，如果阴、阳极采用常规的固定不动电连接的形式，则存在两个问题：一是阴阳极间距就会不断增大，导致电解过程的焦耳热不断增大，不仅降低了电流的能量效率，也增加了系统的冷却负担；二是由于球形活性阳极的形状和大小不断变化，难以可靠电连接，且电解过程中，电连接处无法电解，电解终止时遗留体积过大，以往的阳极解体率仅为50％左右。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于电化学插层法解体球形活性阳极的装置，使得电化学插层法解体高温堆燃料元件基体石墨过程中，进一步降低电解过程的能耗，提高阳极解体率。

本发明的技术方案如下：

一种基于电化学插层法解体球形活性阳极的装置，含有球形活性阳极、阳极电连接杆、电解腔和阴极，其特征在于：所述的电解腔上设有加压电解液入口管；所述的阴极采用向上开口的圆锥型阴极，该圆锥形阴极安装于所述的电解腔的下方，并在圆锥型阴极顶点处安装有底部喷嘴，在圆锥型阴极的内母线上均匀布置至少三个绝缘导轨，所述的球形活性阳极采用压紧式电连接压紧到所述的绝缘导轨上。

本发明的技术特征是：在所述的电解腔的侧壁上设有在电解前让球形活性阳极滚入的侧孔。所述的压紧式电连接采用气弹簧或重物。

本发明的又一技术特征是：阳极电连接杆由阳极电连接保护套和阳极电连接接触片包裹；所述的阳极电连接接触片与球形活性阳极的接触为球面接触。

优选地，所述的绝缘导轨的高度为3-9mm。所述的底部喷嘴采用电的良导体材料制作，并在其中轴处向上凸起一个柱体，其柱体上表面距离电解前的球形活性阳极的最小距离为3-9mm。

本发明具有以下优点及突出性效果：①本发明由于采用了圆锥型阴极结构以及特殊设计的电解腔，使得球形活性阳极与阴极始终保持近距离，因而不仅有效降低了电解过程的电阻，而且阳极解体率可高达99％以上。②该装置的底部喷嘴安装于圆锥型阴极顶点处，可使电解液顺利喷射流出，同时对球形活性阳极进行补充电解。③该装置结构，无任何机械可动部件,易维护。④该装置为不锈钢制造，成本低廉，耐腐蚀。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于电化学插层法解体球形活性阳极的装置等轴视图。

图2为本发明提供的一种基于电化学插层法解体球形活性阳极的装置等轴测剖面图。

图3为本发明提供的一种基于电化学插层法解体球形活性阳极的装置剖面图。

1-阳极电连接杆；2-阳极电连接保护套；3-电解腔；4-阳极电连接接触片；5-球形活性阳极；6-绝缘导轨；7-圆锥型阴极；8-底部喷嘴。

具体实施方式

下面结合附图1及具体实例，对本发明作进一步说明：

参见图1、图2和图3，本发明提供的一种基于电化学插层法解体球形活性阳极的装置包括一个电解腔3、一个圆锥型阴极7、至少三个绝缘导轨6和一个底部喷嘴8；所述的电解腔为电解过程的带压容器，在电解腔3的侧壁上设有加压电解液入口管以及电解前让球形活性阳极5滚入的侧孔；所述的圆锥型阴极7开口向上，安装于所述的电解腔3的下方，是电解装置的阴极主体；在圆锥型阴极的内母线上均匀布置至少三个绝缘导轨6，用于约束活性阳极的滑动，防止电解装置阴阳极短路；绝缘导轨的高度一般为3-9mm,绝缘导轨的高度决定了电解时阴阳极的间距,变远则电解过程焦耳热增大,变近则不利于排屑。球形活性阳极需采用压紧式电连接，并被压紧到所述的至少三个绝缘导轨上，整个电解装置即可正常工作；电连接接触处浸没在电解液中，接触片需用铂或金。当电解进行时，球形活性阳极压在所述的至少三个绝缘导轨上，不断缩小，并沿着所述的至少三个绝缘导轨缓慢下滑，直至电解完毕；

底部喷嘴8安装在圆锥型阴极顶点底部，是电解液喷射流出处，同时对球形活性阳极进行补充电解。该底部喷嘴宜采用电的良导体材料制作，并在其中轴处向上凸起一个柱体，其柱体上表面距离电解前的球形活性阳极的最小距离为3-9mm,这个最小距离与绝缘导轨高度一般是相等的,使得底部喷嘴可以对球形活性阳极底部做补充电解,这个最小距离变大则电解过程焦耳热增大,变小则不利于排屑。

上述技术方案中，所述的圆锥型阴极没有任何机械可动部分；与所述的圆锥型阴极配合的活性阳极需采用压紧式电连接，利用由弹簧或重物提供的恒压力即可简单工作，缓慢沿着所述的至少三个绝缘导轨下滑，滑动速度约为2cm/h；球形活性阳极解体碎屑随加压喷射的电解液液流从所述的底部喷嘴喷出。

对所述的球形活性阳极5进行供电的阳极电连接杆1由阳极电连接保护套2和阳极电连接接触片4包裹，阳极电连接接触片4采用材料一般为铂或金为宜，防水密封；所述的阳极电连接接触片4与所述的球形活性阳极5的接触为球面接。

实施例：

本实施例用于放射性条件下含有球形活性阳极的电解过程；具体操作步骤如下：对于本发明所述装置,需采用包含气弹簧的压紧式电连接的活性阳极与之配合；电解过程开始前，将阳极电连接杆1抬起，球形活性阳极5从所述的电解腔3的侧孔滚入，下落到所述的绝缘导轨6上，由于所述的绝缘导轨沿着所述的圆锥型阴极内母线布置的原因，球形活性阳极会自动定位，其球心在阳极电连接杆轴线上；将阳极电连接杆下压，压紧在所述的球形活性阳极上，并锁定阳极电连接杆上端，阳极电连接杆中含有气弹簧，气弹簧可以保证整个电解过程电连接处始终保持恒定的竖直的接触压力；将电解腔的侧孔关闭；进行电解至电解终点，此过程无需对电解装置进行干预；电解终点标志是阳极电连接杆无法再向下移动。对于采用4mol/L硝酸钠,近似中性的电解液,球形活性阳极初始质量198g,在100A的恒电流电解下,2小时可以完成电解,电解过程能耗较阴阳极均为固定式电连接的情况下降约一半；活性阳极残余质量1.5g,活性阳极解体率大于99％。