铀电解精炼过程中浓差极化及电极动力学的模拟研究

来源：核动力工程杂志2024年第6期北京时间：

作者：梁柏, 张萌, 孙兰昕, 王靖阳, 林如山, 韩伟, 矫彩山

单位：1.哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室，哈尔滨，150001；2.中国原子能科学研究院放射化学研究所，北京，102413；3.哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院，哈尔滨，150001；

摘要：通过Nernst方程将浓度与过电位相关联，构建了浓度依赖的Butler-Volmer电极动力学公式。基于支持电解质理论优化了传质方程和电位分布方程，改进了铀电解精炼模型。利用新模型分别模拟了循环伏安曲线、恒电位沉积过程和恒电流沉积过程，定量分析了不同电解条件下的浓差极化现象和电极动力学行为。模拟循环伏安曲线与实验结果吻合较好，验证了模型的准确性。通过模拟得到了U(III)浓度、电位和电流密度等在熔盐中和电极表面的分布，预测了扩散层厚度、极限扩散电流和沉积层厚度等关键参数，对比了恒电流沉积和恒电位沉积过程中浓差极化引起的驱动力变化。本研究建立的数值模型可作为优化工艺参数和设计工艺设备的有力工具，对深化理解铀电解精炼机理具有重要物理意义。

关键词：铀, 电解精炼, 浓差极化, 电极动力学, 数值模拟

基金资助：国家自然科学基金（U2267223、21876035、22076035、21876034）；中核集团领创科研项目（CNNC-LCKY-202250）；中央高校基本科研业务费专项资金项目（3072022JC1501）；中核集团青年英才项目（KY9020020015）