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随着第四代先进核能系统研究的不断深入，电解精炼技术因其系统结构紧凑、安全性高等优势，已成为乏燃料后处理的主流方向之一。该技术通过控制电位实现锕系元素与镧系元素的选择性分离与回收。然而，由于Cs(I)的氧化还原电位在熔盐电化学窗口范围之外，其在电解过程中无法被有效电解还原，从而导致Cs(I)在熔盐中持续积累。随着Cs(I)浓度的升高，熔体的熔点、粘度、密度等物理化学性质将发生显著变化，进而影响电解精炼过程的稳定性与效率。目前，针对熔盐中Cs(I)的干法去除技术尚不成熟，缺乏高效、可行的净化方法。因此，开展低熔点、高Cs(I)浓度熔盐体系的研究，对深入理解电解精炼过程、推动乏燃料干法后处理技术的开发与商业化应用具有重要意义。
本工作围绕熔点较低的LiCl-KCl-CsCl共晶盐(Tm = 538 K)展开，通过循环伏安法(CV)、方波伏安法(SWV)和开路计时电位法(OCP)针对Al-Ln (Ln = La、Ce、Nd)共还原行为进行了详细研究。采用库仑计算的方法，将相图中相关Al-Ln金属间化合物与电化学信号进行对应。随后通过不同温度的开路计时电位曲线，系统测量573至723 K下Al-Ln金属间化合物的热力学性质，得到不同金属间化合物的形成吉布斯自由能、生成焓以及生成熵。最后分别在623 K和723 K下借助AlCl3进行恒电位电解。结果表明，723 K下电解产物以Al2Ln为主，而623 K下为多种金属间化合物混合，其微观形貌均为粒径不同的颗粒。623 K下，经过6 h左右的电解，可以使Ln(III)提取率达到96.8%以上，提取效率和电流效率与723 K下无明显差异。这证明了在较低温度的高Cs(I)浓度的熔盐体系中共还原提取镧系元素的可能性，为乏燃料干法后处理流程向低温拓展提供了有效的数据支撑。
文章信息：Ziyu Liu, Yichuan Liu, Zhengjia Zhao, Jingyang Wang, Yanze Wu, Meng Zhang*, Yalan Liu*, Weiqun Shi*. Co-reduction behavior and efficient extraction of Al-ln (ln = La, Ce, Nd) in a low-temperature molten salt system. Sep. Purif. Technol. 2025, accepted.