核电在低碳经济发展中拥有明显的优势，随着核能的广泛应用，放射性废料以越来越快的速度积累。锆基合金包壳材料作为核反应堆安全稳定运行的第二道安全屏障，在核废料中占据很大比重。为了回收Zr金属，降低地质处置库的体积，必须将Zr与其他裂片元素分离。目前，在先进核燃料循环中，熔盐电解技术被认为是很有优势的核废料后处理技术之一。因此，本工作是以Zr和Sr为研究对象，在LiCl-KCl-K2ZrF6(1.03×10-4mol/cm3)-SrCl2(0.097mol/cm3)熔盐体系中利用液态Zn阴极将金属Zr与裂片元素分离，同时将含Sr(Ⅱ)的熔盐废物进行净化，进而降低含高放射性熔盐废物的体积。
　　(1)通过一系列电化学方法，研究了Zr(Ⅳ)在惰性W电极上的电化学行为。循环伏安曲线和反向计时电位研究表明，Zr(Ⅳ)的还原过程Zr(Ⅳ)2e→Zr(Ⅱ)2e→Zr;在0.07V/s-0.20V/s的电位扫速范围内，Zr(Ⅳ)/Zr(Ⅱ)与Zr(Ⅱ)/Zr是可溶/可溶与可溶/不可溶的还原过程，Zr(Ⅱ)的还原过程是受扩散控制的准可逆过程，测定扩散系数为5.65×10-5cm2?s-1。采用塔菲尔极化法测定了不同K2ZrF6浓度下Zr(Ⅱ)/Zr在W电极上的交换电流密度，随着浓度的增加，交换电流密度增大，电荷转移电阻降低；同时研究了F-的浓度对Zr(Ⅳ)还原机制的影响。发现F-的浓度增加，长链配合物的形成，离子团变大，导致Zr(Ⅳ)/Zr(Ⅱ)与Zr(Ⅱ)/Zr的还原电位负移；Zr(Ⅱ)的扩散系数从1.55×10-5cm2?s-1降低至0.72×10-5cm2?s-1。
　　(2)通过Zr(Ⅳ)在Zn膜和液态Zn电极上的电化学行为，研究了Zn电极分离Zr的可行性。Zr(Ⅳ)在Zn膜电极上为两步两电子还原，并发生去极化效应形成Zr-Zn合金；而Zr(Ⅳ)在液态Zn电极上的还原为一步四电子还原。研究发现在液态Zn电极上Zr(Ⅳ)/Zr(0)的还原为扩散控制的准可逆过程，测定的扩散系数为8.07×10-5cm2?s-1；计算了不同扫速下Zr(Ⅳ)/Zr(Zn)的交换电流密度和电荷转移电阻，发现随着扫速的增加，交换电流密度增大，电荷转移电阻降低；通过恒电位电解从熔盐中分离Zr，在液态Zn电极上得到了一种Zr-Zn金属间化合物，XRD和SEM-EDS测试分析结果显示得到了Zn21.8Zr1金属间化合物。
　　(3)通过Sr(Ⅱ)在Zn膜电极上的电化学行为，研究了Sr(Ⅱ)在活性Zn电极上的电化学分离。Sr(Ⅱ)在Zn膜电极上为一步两电子还原，并发生去极化效应形成Sr-Zn合金；根据Zr(Ⅳ)和Sr(Ⅱ)在Zn电极上的电化学行为，结合SrCl2、KCl、LiCl的分解电压，建立了Zr(Ⅳ)电化学分离的电位条件：能够实现Zr(Ⅳ)和Sr(Ⅱ)分离的电位范围约为-0.96V~-1.44V。在LiCl-KCl-K2ZrF6-SrCl2(0.097 mol/cm3)体系中，以液态Zn为电极在-1.30V电位下进行恒电位电解分离Zr(Ⅳ)和Sr(Ⅱ)，XRD和SEM-EDS测试分析结果显示，熔盐体系中的Zr(Ⅳ)被唯一的分离出来。对分离Zr后的含Sr(Ⅱ)废熔盐进行电化学净化。采用恒电流电解法和恒电位电解从熔盐中分离Sr，XRD和SEM-EDS测试分析结果显示得到SrZn13金属间化合物。