Simulation numérique des écoulements et des transferts de masse dans un procédé inductif d'extraction réductrice liquide/liquide

摘要

L’extraction réductrice liquide-liquide est une des voies pyrochimiques les plus prometteuses pour assurer le retraitement des déchets nucléaires. Cette technique, déjà employée en métallurgie lors du traitement des poches d’acier, permet de transférer des éléments entre deux phases immiscibles (généralement un métal liquide et un sel ou un oxyde fondu) au moyen d’une réaction d’oxydo-réduction localisée à l’interface entre les deux fluides. La cinétique de transfert est alors souvent dépendante de l’agitation des deux phases et de l’interface elle-même. L’utilisation de forces électromagnétiques permettant de brasser sans contact matériel le cœur des bains ainsi que l’interface a été étudiée expérimentalement sur le couple fluorure de lithium/antimoine. La description numérique d’un tel réacteur expérimental est difficile puisqu’elle requiert la description de différents phénomènes fortement couplés (électromagnétisme, dynamique des fluides, thermique, déformation de l’interface). Elle s’avère néanmoins nécessaire à l’optimisation de ce type de procédé. La simulation numérique du réacteur expérimental a été réalisée sous certaines hypothèses simplificatrices. Les écoulements turbulents dans les deux phases fluides (sel fondu et métal liquide) sont décrits en prenant en compte le brassage électromagnétique ainsi que la convection naturelle dans la phase saline. La déformation statique de l’interface sous l’effet de la pression électromagnétique est également décrite tout comme l’entrainement visqueux de la couche saline par le métal liquide. Le transfert d’une espèce de la phase saline vers la phase métallique est ensuite calculé à partir des écoulements stationnaires obtenus. Le transfert de masse calculé est en bon accord avec le transfert expérimental.