本發(fā)明屬于電化學(xué)電解領(lǐng)域，適用于放射性條件下含有球形活性陽極的電解過程。

背景技術(shù)：

高溫氣冷堆乏燃料實(shí)施后處理非常重要。需要針對(duì)其使用的球形燃料元件結(jié)構(gòu)上的特殊性，進(jìn)行專門的解體研究。在各種解體方法中，電化學(xué)插層法具有條件溫和，不釋放放射性核素，是較為適宜的方法。

電化學(xué)插層方法中，球形燃料元件作為活性陽極不斷縮小，如果陰、陽極采用常規(guī)的固定不動(dòng)電連接的形式，則存在兩個(gè)問題：一是陰陽極間距就會(huì)不斷增大，導(dǎo)致電解過程的焦耳熱不斷增大，不僅降低了電流的能量效率，也增加了系統(tǒng)的冷卻負(fù)擔(dān)；二是由于球形活性陽極的形狀和大小不斷變化，難以可靠電連接，且電解過程中，電連接處無法電解，電解終止時(shí)遺留體積過大，以往的陽極解體率僅為50％左右。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于電化學(xué)插層法解體球形活性陽極的裝置，使得電化學(xué)插層法解體高溫堆燃料元件基體石墨過程中，進(jìn)一步降低電解過程的能耗，提高陽極解體率。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于電化學(xué)插層法解體球形活性陽極的裝置，含有球形活性陽極、陽極電連接桿、電解腔和陰極，其特征在于：所述的電解腔上設(shè)有加壓電解液入口管；所述的陰極采用向上開口的圓錐型陰極，該圓錐形陰極安裝于所述的電解腔的下方，并在圓錐型陰極頂點(diǎn)處安裝有底部噴嘴，在圓錐型陰極的內(nèi)母線上均勻布置至少三個(gè)絕緣導(dǎo)軌，所述的球形活性陽極采用壓緊式電連接壓緊到所述的絕緣導(dǎo)軌上。

本發(fā)明的技術(shù)特征是：在所述的電解腔的側(cè)壁上設(shè)有在電解前讓球形活性陽極滾入的側(cè)孔。所述的壓緊式電連接采用氣彈簧或重物。

本發(fā)明的又一技術(shù)特征是：陽極電連接桿由陽極電連接保護(hù)套和陽極電連接接觸片包裹；所述的陽極電連接接觸片與球形活性陽極的接觸為球面接觸。

優(yōu)選地，所述的絕緣導(dǎo)軌的高度為3-9mm。所述的底部噴嘴采用電的良導(dǎo)體材料制作，并在其中軸處向上凸起一個(gè)柱體，其柱體上表面距離電解前的球形活性陽極的最小距離為3-9mm。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果：①本發(fā)明由于采用了圓錐型陰極結(jié)構(gòu)以及特殊設(shè)計(jì)的電解腔，使得球形活性陽極與陰極始終保持近距離，因而不僅有效降低了電解過程的電阻，而且陽極解體率可高達(dá)99％以上。②該裝置的底部噴嘴安裝于圓錐型陰極頂點(diǎn)處，可使電解液順利噴射流出，同時(shí)對(duì)球形活性陽極進(jìn)行補(bǔ)充電解。③該裝置結(jié)構(gòu)，無任何機(jī)械可動(dòng)部件,易維護(hù)。④該裝置為不銹鋼制造，成本低廉，耐腐蝕。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的一種基于電化學(xué)插層法解體球形活性陽極的裝置等軸視圖。

圖2為本發(fā)明提供的一種基于電化學(xué)插層法解體球形活性陽極的裝置等軸測(cè)剖面圖。

圖3為本發(fā)明提供的一種基于電化學(xué)插層法解體球形活性陽極的裝置剖面圖。

1-陽極電連接桿；2-陽極電連接保護(hù)套；3-電解腔；4-陽極電連接接觸片；5-球形活性陽極；6-絕緣導(dǎo)軌；7-圓錐型陰極；8-底部噴嘴。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖1及具體實(shí)例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

參見圖1、圖2和圖3，本發(fā)明提供的一種基于電化學(xué)插層法解體球形活性陽極的裝置包括一個(gè)電解腔3、一個(gè)圓錐型陰極7、至少三個(gè)絕緣導(dǎo)軌6和一個(gè)底部噴嘴8；所述的電解腔為電解過程的帶壓容器，在電解腔3的側(cè)壁上設(shè)有加壓電解液入口管以及電解前讓球形活性陽極5滾入的側(cè)孔；所述的圓錐型陰極7開口向上，安裝于所述的電解腔3的下方，是電解裝置的陰極主體；在圓錐型陰極的內(nèi)母線上均勻布置至少三個(gè)絕緣導(dǎo)軌6，用于約束活性陽極的滑動(dòng)，防止電解裝置陰陽極短路；絕緣導(dǎo)軌的高度一般為3-9mm,絕緣導(dǎo)軌的高度決定了電解時(shí)陰陽極的間距,變遠(yuǎn)則電解過程焦耳熱增大,變近則不利于排屑。球形活性陽極需采用壓緊式電連接，并被壓緊到所述的至少三個(gè)絕緣導(dǎo)軌上，整個(gè)電解裝置即可正常工作；電連接接觸處浸沒在電解液中，接觸片需用鉑或金。當(dāng)電解進(jìn)行時(shí)，球形活性陽極壓在所述的至少三個(gè)絕緣導(dǎo)軌上，不斷縮小，并沿著所述的至少三個(gè)絕緣導(dǎo)軌緩慢下滑，直至電解完畢；

底部噴嘴8安裝在圓錐型陰極頂點(diǎn)底部，是電解液噴射流出處，同時(shí)對(duì)球形活性陽極進(jìn)行補(bǔ)充電解。該底部噴嘴宜采用電的良導(dǎo)體材料制作，并在其中軸處向上凸起一個(gè)柱體，其柱體上表面距離電解前的球形活性陽極的最小距離為3-9mm,這個(gè)最小距離與絕緣導(dǎo)軌高度一般是相等的,使得底部噴嘴可以對(duì)球形活性陽極底部做補(bǔ)充電解,這個(gè)最小距離變大則電解過程焦耳熱增大,變小則不利于排屑。

上述技術(shù)方案中，所述的圓錐型陰極沒有任何機(jī)械可動(dòng)部分；與所述的圓錐型陰極配合的活性陽極需采用壓緊式電連接，利用由彈簧或重物提供的恒壓力即可簡(jiǎn)單工作，緩慢沿著所述的至少三個(gè)絕緣導(dǎo)軌下滑，滑動(dòng)速度約為2cm/h；球形活性陽極解體碎屑隨加壓噴射的電解液液流從所述的底部噴嘴噴出。

對(duì)所述的球形活性陽極5進(jìn)行供電的陽極電連接桿1由陽極電連接保護(hù)套2和陽極電連接接觸片4包裹，陽極電連接接觸片4采用材料一般為鉑或金為宜，防水密封；所述的陽極電連接接觸片4與所述的球形活性陽極5的接觸為球面接。

實(shí)施例：

本實(shí)施例用于放射性條件下含有球形活性陽極的電解過程；具體操作步驟如下：對(duì)于本發(fā)明所述裝置,需采用包含氣彈簧的壓緊式電連接的活性陽極與之配合；電解過程開始前，將陽極電連接桿1抬起，球形活性陽極5從所述的電解腔3的側(cè)孔滾入，下落到所述的絕緣導(dǎo)軌6上，由于所述的絕緣導(dǎo)軌沿著所述的圓錐型陰極內(nèi)母線布置的原因，球形活性陽極會(huì)自動(dòng)定位，其球心在陽極電連接桿軸線上；將陽極電連接桿下壓，壓緊在所述的球形活性陽極上，并鎖定陽極電連接桿上端，陽極電連接桿中含有氣彈簧，氣彈簧可以保證整個(gè)電解過程電連接處始終保持恒定的豎直的接觸壓力；將電解腔的側(cè)孔關(guān)閉；進(jìn)行電解至電解終點(diǎn)，此過程無需對(duì)電解裝置進(jìn)行干預(yù)；電解終點(diǎn)標(biāo)志是陽極電連接桿無法再向下移動(dòng)。對(duì)于采用4mol/L硝酸鈉,近似中性的電解液,球形活性陽極初始質(zhì)量198g,在100A的恒電流電解下,2小時(shí)可以完成電解,電解過程能耗較陰陽極均為固定式電連接的情況下降約一半；活性陽極殘余質(zhì)量1.5g,活性陽極解體率大于99％。