- PII
- 10.31857/S0235010623050067-1
- DOI
- 10.31857/S0235010623050067
- Publication type
- Status
- Published
- Authors
- Volume/ Edition
- Volume / Issue number 5
- Pages
- 467-478
- Abstract
- A mathematical model is presented for the electrolytic synthesis of a crystalline cathode deposit UO2–ZrO2 with simultaneous and continuous electrochemical and chemical reactions occurring on the electrode. Uranium dioxide is formed by an electrochemical reaction during the reduction of uranyl ions \({\text{UO}}_{2}^{{2 + }}{\text{,}}\) zirconium is emerges by a chemical exchange reaction. Using the Faraday and Fick’s equations, an expression was obtained for calculating the content of zirconium dioxide in the UO2–ZrO2 system, which adequately describes the process of its synthesis in the NaCl–KCl–UO2Cl2–ZrCl4 melt. Qualitative coincidence of the geometric shape of the dependences, and, in some cases, quantitative correspondence of the calculated and experimental values of the zirconium dioxide concentration on the process conditions (ZrCl4 concentration, current density and duration of electrolysis, temperature) was established. The discrepancy between the values is explained by the volatilization of a part of ZrCl4 from the electrolyte during electrolysis, which was not taken into account when deriving the analytical equation.
- Keywords
- солевой расплав электрохимическая и химическая реакции математическая модель катодный осадок UO<sub>2</sub>–ZrO<sub>2</sub> аналитическое уравнение диоксид циркония
- Date of publication
- 01.05.2023
- Year of publication
- 2023
- Number of purchasers
- 0
- Views
- 61
References
- 1. Кротов В.Е. Влияние состава расплава NaCl–KCl–UO2Cl2–ZrCl4–UCl4 на среднее содержание диоксидов урана и циркония в катодном осадке UO2–ZrO2 // Расплавы. 2011. № 2. С. 40–48.
- 2. Krotov V.Ye. Regularities of cathode deposit formation during simultaneous reduction and exchange reactions. The mechanism of UO2–ZrO2 cathode deposit formation // Electrochim. Acta. 2014. 115. P. 28–30.
- 3. Krotov V.Ye., Filatov Ye.S. Regularities of cathode deposit formation during simultaneous reduction and exchange reactions. Influence of the electrolysis conditions on the concentration of components in the UO2–ZrO2 cathode deposit // Electrochim. Acta. 2014. 116. P. 484–489.
- 4. Krotov V., Filatov Ye. Anomalous influence of electrochemically inert ZrCl4 on UO2 current efficiency during electrolysis in (NaCl–KCl)equim–UO2Cl2–ZrCl4 melt // Electrochim. Acta. 2014. 145C. P. 254–258.
- 5. Krotov V.Ye., Filatov Ye.S. Electrolytic Formation of Solid Crystalline UO2–ThO2 and UO2–ThO2–ZrO2 solutions from salt melts // Electrochem. Society. 2020. 167. P. 162507.
- 6. Самойлов А.Г., Каштанов А.И., Волков И.С. Дисперсионные тепловыделяющие элементы ядерных реакторов. М.: Атомиздат, 1965.
- 7. Смирнов М.В. Электродные потенциалы в расплавленных хлоридах. М.: Наука, 1973.
- 8. Комаров В.Е., Хохлова А.М. Плотность расплавов хлоридов щелочных металлов с уранилхлоридом // Физическая химия и электрохимия редких металлов в солевых расплавах. 1984. С. 40–44.
- 9. Барабошкин А.Н., Виноградов-Жабров О.Н. Хронопотенциометрия с реверсированием тока. Переключение из стационарного состояния // Тр. Института электрохимии УФАН СССР. 1970. № 15. С. 118–125.
- 10. Бердников И.А. и др. Потенциостатический и импульсно потенциостатический электролиз системы KCl–NaCl–K2ZrF6. Свердловск. УПИ им. С.М. Кирова. 1977.
- 11. Поляков П.В., Исаева Л.А., Анохина В.С. Исследование диффузионного слоя методом голографической интерферометрии в расплавленных солях // Изв. Вузов. Цветная металлургия. 1976. № 5. С. 60–65.
- 12. Исаева Л.А., Поляков П.В., Михалев Ю.Г., Овчинников А.В. Температурная зависимость толщины диффузионного пограничного слоя при электролизе расплавленных солей // Электрохимия. 1980. № 16. С. 1705–1709.
- 13. Исаева Л.А., Поляков П.В., Михалев Ю.Г., Рогозин Ю.Н. Диффузионный слой у жидкого и твердого металлических электродов в расплавленных солях // Электрохимия. 1982. 18. № 12. С. 1697–1699.
- 14. Барабошкин А.Н., Смирнов М.В., Салтыкова Н.А. Измерение коэффициентов диффузии ионов серебра и циркония в расплаве хронопотенциометрическим методом // Тр. Института электрохимии УФАН СССР. Свердловск. 1970. № 15. С. 118–125.
- 15. Chalkley I.R. The pilot plant production of electrolytic uranium dioxide // J. Less-Common Metals. 1961. 3. P. 98–109.
- 16. Schlechter M., Kool J., Billian R., Charlier R.A., Dumont G.L. The preparation of UO2 by fused salt electrolyses using or UF4 as starting material // J. Nucl. Mater. 1965. 15. P. 189–200.
- 17. Eichler B. Herstellung von grobkristallinem UO2 hoher Dichte durch elektrochemische Reduktion von UO2Cl2 in KCl–NaCl – Schmelze // Kernenergie. 1971. 14. P. 253–256.
- 18. Справочник химика. Том II. Химия, Ленинградское отделение, 1971.
- 19. Lister R.S., Flengas S.N. On the relationship between eequilibrium pressures and the phase diagram of a reactive system the systems: NaCl–Na2ZrCl6, KCI–K2ZrC6, NaCl–KC1–ZrC14 // Canadian journal of chemistry. 1965. 43. P. 2947–2969.
- 20. Кротов В.Е., Филатов Е.С. Изменение количественного состава расплава NaCl–KCl–UO2Cl2–ZrCl4 при его электролизе // Расплавы. 2016. № 6. С. 489–499.
- 21. Krotov V.E., Filatov Ye.S. Change in the quantitative composition of the NaCl–KCl–UO2Cl2–ZrCl4 melt during its electrolysis // Russian Metallurgy. 2018. № 2. P. 214–219.
