- Код статьи
- S30345715S0235010625050109-1
- DOI
- 10.7868/S3034571525050109
- Тип публикации
- Статья
- Статус публикации
- Опубликовано
- Авторы
- Том/ Выпуск
- Том / Номер выпуска 5
- Страницы
- 537-551
- Аннотация
- Современное развитие атомной промышленности требует решения задач переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), увеличения степени выработки ядерного топлива и отделения продуктов деления (ПД) от делящихся материалов (ДМ). Перспективным методом решения данных проблем является пирохимическая переработка ОЯТ, одной из стадий которой выступает оксидное осаждение. Из соображений безопасности исследования ведутся с использованием имитаторов ПД и ДМ, одними из которых являются лантаноиды церий и неодим. В работе было изучено растворение оксидов неодима (III) и церия (IV) в расплавах на основе хлорида лития. В расплаве LiCl-LiO при содержании LiO не более 4 мол.% растворимость оксида церия остается ниже предела обнаружения, а затем резко возрастает, достигая величины 8.4∙10 и 2.4∙10 мол.% при 5 и 9 мол.% LiO соответственно. В случае же с оксидом неодима величина его растворимости в расплаве LiCl-LiO линейно возрастает от 1.5∙10 мол.% при 2 мол.% LiO до 6.4∙10 мол.% при 9 мол.% LiO. Время достижения состояния насыщения при растворении оксида неодима в несколько раз меньше, чем время достижения состояния насыщения при растворении оксида церия (25 часов для NdO против 145 часов для CeO). Для анализа механизмов растворения оксидов церия и неодима исследованы фазовые составы керамических таблеток этих оксидов после эксперимента и спектры оптического поглощения полученных расплавов. С учетом этих данных были предложены варианты механизма взаимодействия оксидов церия и неодима с расплавами LiCl-LiO (0–9 мол.%). Так, растворение оксида церия протекает по двухстадийному процессу с замедленным образованием промежуточных нерастворимых соединений церия с последующим их переходом в растворимые формы LiCeO (для Ce) и LiCeO (для Ce). Это обусловливает замедленную кинетику и нелинейную зависимость от содержания LiO. Оксид неодима взаимодействует с оксидом лития в расплаве, образуя растворимое соединение неодимат лития LiNdO
- Ключевые слова
- оксид церия оксид неодима хлорид лития оксид лития растворимость метод изотермического насыщения спектроскопия оптического поглощения
- Дата публикации
- 01.05.2025
- Год выхода
- 2025
- Всего подписок
- 0
- Всего просмотров
- 7
Библиография
- 1. Adamov E.O., Ivanov V.B., Dzhalavyan A.V., Lopatkin A.V. Konceptual`ny`e polozheniya strategii razvitiya yadernoj e`nergetiki Rossii v perspektive do 2100 g // Atomnaya e`nergiya. 2012. T.112. № 6. S. 319–330. [In Russian]
- 2. Shadrin A.Yu., Ivanov V.B., Skupov M.V., Troyanov V.M., Zherebczov A.A. Sravnenie nekotory`x variantov texnologij zamknutogo yadernogo toplivnogo cikla // Atomnaya e`nergiya. 2016. T. 121. V. 2. S. 90–97. [In Russian]
- 3. Koyama T., Sakamura Y., Iizuka M., Kato T., Murakami T., Glatz J.-P. Development of Pyro-processing Fuel Cycle Technology for Closing Actinide Cycle // Procedia Chemistry. 2012. V.7. Pp.772–778.
- 4. Seregin M.B., Parshin A.P., Kuznetsov A.Yu., Ponomarev L.I. Solubility of UF4, ThF4, and CeF3 in a LiF–NaF–KF melt // Radiochemistry. 2011. 53(5). Pp. 491–493.
- 5. Ponomarev L.I., Seregin M.B., Mikhalichenko A.A., Parshin A.P. Validation of actinide fluo-ride simulators for studying solubility in fuel salt of molten-salt reactors // At. Energy. 2012. 112. Pp. 417–422.
- 6. Gourishankar K.V., Johnson G.K., Johnson I. Thermodynamics of Mixed Oxide Compounds, Li2O–Ln2O3 (Ln = Nd or Ce) // Metallurgical and Materials Transactions B. 1997. V. 28. Pp. 1103–1110.
- 7. Kato T., Sakamura Y., Iwai T., Arai Y. Solubility of Pu and rare-earths in LiCl–Li2O melt // Radiochim. Acta. 2009. V. 97. Pp. 183–186.
- 8. Korzun I.V., Nikolaeva E.V., Zakiryanova I.D. Thermal analysis of the oxide–chloride systems GdCl3-Gd2O3 and GdCl3-KCl-Gd2O3 // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2021. 144. Pp. 1343–1349.
- 9. Cui J., Hope G.A. Raman and Fluorescence Spectroscopy of CeO2, Er2O3, Nd2O3, Tm2O3, Yb2O3, La2O3, and Tb4O7 // Journal of Spectroscopy. 2015. P. 8.
- 10. Patent RF na izobretenie № 2836124. Ustanovka dlya issledovaniya opticheskix xara-akteristik rasplavlenny`x sred / Zajkov Yu.P., Vlasov M.I., Cherny`shev S.V.; opubl.: 11.03.2025. Byul. 8. [In Russian]
- 11. Kovrov V.A., Mullabaev A.R., Shishkin V.Y., Zaikov Y.P. Solubility of Li2O in an LiCl-KCl melt // Russian metallurgy (Metally). 2018. V. 2018 № 2. С. 169–173.
- 12. Sakamura Y. Solubility of Li2O in Molten LiCl-MClx (M = Na, K, Cs, Ca, Sr, or Ba) Binary Systems // Journal of The Electrochemical Society. 2010. 157. 9. Pp. 135–139.
- 13. Hayashi H., Minato K. Stability of lanthanide oxides in LiCl–KCl eutectic melt // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2005. 66. Pp. 422–426.
- 14. A. Davies et al. Thermodynamics and phase stability of Li8XO6 octalithium ceramic breeder materials (X = Pb, Ce, Ge, Zr, Sn) // J. Phys.: Condens. Matter. 2022. 34. 355701. P. 14.
- 15. Johnson K.E., Sandoe J.N. Solvent LiCI-KCl in the nephelauxetic series for trivalent rare earths // Canadian journal of chemistry. 1968. 46. Pp. 3457–3462.
- 16. Khokhryakov A.A., Khokhlova A.M. Electronic Absorption Spectra of the Ce3+ Ions in Halide Melts // Radiochemistry. 2003. 45. 6. Pp. 559–561.
- 17. Potapov A.M., Salyulev A.B. Electronic absorption spectra of CeCl3 in molten alkali chlorides // Progress in Molten Salt Chemistry: Proceedings from the EUCHEM 2000 Confer-ence on Molten Salts. 2000. 1. Pp. 429–433.
- 18. Kim B.Y., Yun J.-I. Optical absorption and fluorescence properties of trivalent lanthanide chlo-rrides in high temperature molten LiCl–KCl eutectic // Journal of Luminescence. 2016. 178. Pp. 331–339.
- 19. Choi S., Bae S.-E., Park T.-H. Electrochemical and Spectroscopic Monitoring of Interactions of Oxide Ion with U (III) and Ln (III) (Ln = Nd, Ce, and La) in LiCl-KCl Melts // Journal of The Electrochemical Society. 2017. 164. 8. H.5068–5073.
- 20. Greenhaus H.L., Feibush A.M., Gordon L. Ultraviolet Spectrophotometric Determination of Cerium (III) // Analytical Chemistry. 1957. 29. 10. Pp. 1531–1534.
- 21. Medalia A.I., Byrne B.J. Spectrophotometric Determination of Cerium (IV) // Analytical Chemistry. 1961. 23. 3. Pp. 453–456.
- 22. Barbanel’ Yu.A., Kolin V.V., Kotlin V.P., Lumpov A.A. Coordination chemistry of actinides in molten salts // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 1990. 143. 1. Pp. 167–179.
- 23. Chrissanthopoulos A., Papatheodorou G.N. Temperature dependence of the f-f hypersensitive transitions of Ho3+ and Nd3+ in molten salt solvents and the structure of the LaCl3–KCl melts // Journal of Molecular Structure. 2006. 782. Pp. 130–142.
- 24. Barbanel’, Yu.A. Koordinatsionnaya khimiya f-elementov v rasplavakh (Coordination Chemistry of f Elements in Melts). Moscow: Energoatomizdat. 1985. Pp. 143.
- 25. Khokhryakov, A.A., Vershinin A.O., Payvin A.S., Lizin A.A. Elektronnye spektry ionov Nd(III) v rasplavlennykh ftorizda shchelochnyx metallov // Rasplavy. 2015. 4. S. 3–11. [In Russian]
- 26. Fujii T., Nagai T., Sato N., Shirai O., Yamana H. Electronic absorption spectra of lanthanides in a molten chloride II. Absorption characteristics of neodymium (III) in various molten chlorides // Journal of Alloys and Compounds. 2005. 393. L1–L5.
- 27. Photiadis G.M., Borresen B., Papatheodorou G.N. Vibrational modes and structures of lanthanide halide–alkali halide binary melts LnBr-KBr (Ln = La, Nd, Gd) and NdCl3-ACl (A = Li, Na, K, Cs) // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1998. 94. 17. Pp. 2605–2613.
- 28. Runowski M., et al. UV-Vis-NIR absorption spectra of lanthanide oxides and fluorides // Dalton Trans. 2020. 49. S. 2129. https://doi.org/10.1039/C9DT04921E
