電解金屬錳電解槽多場(chǎng)耦合仿真與節(jié)能優(yōu)化研究.pdf

1、在電解錳過(guò)程中，由于電極上的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)、陽(yáng)極泥的產(chǎn)生、陰極分形生長(zhǎng)和陽(yáng)極電化學(xué)振蕩等因素的存在，使得電解階段能耗始終居高不下，而電解槽內(nèi)電場(chǎng)、濃度場(chǎng)、溫度場(chǎng)等多物理場(chǎng)與化學(xué)場(chǎng)等多場(chǎng)耦合直接影響著這些因素。近年來(lái)，諸多研究表明，電解槽結(jié)構(gòu)與電流加載方式等方法可有效調(diào)控并優(yōu)化電解槽內(nèi)物理場(chǎng)與化學(xué)場(chǎng)的分布。因此，通過(guò)電解槽結(jié)構(gòu)、電流加載方式等外控參數(shù)的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)能電解槽內(nèi)多場(chǎng)耦合進(jìn)行調(diào)控，對(duì)于電解錳生產(chǎn)過(guò)程中節(jié)能降耗具有重要意義。本文以電解

2、槽幾何結(jié)構(gòu)、陽(yáng)極幾何開(kāi)孔形狀、電流加載方式為切入點(diǎn)，結(jié)合試驗(yàn)與數(shù)值模擬，考察以上外控參數(shù)對(duì)電解錳電流效率、單位功耗以及電解槽內(nèi)物理場(chǎng)分布的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①結(jié)合直流電沉積制備金屬錳實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬手段，研究了異名極板間距（極板間距）、電極相對(duì)大小、極板擺放方式對(duì)電流效率、單位功耗以及電解槽內(nèi)電場(chǎng)和濃度場(chǎng)的影響，為實(shí)際生產(chǎn)中電解槽結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供理論支持；極板間距低于4cm、極板相對(duì)擺放角度在0～2deg、陽(yáng)極尺寸小于陰極

3、尺寸有利于電解錳過(guò)程節(jié)能降耗，在極板間距較小時(shí)，電解質(zhì)濃度需要得到及時(shí)補(bǔ)充。②通過(guò)自制多孔陽(yáng)極板進(jìn)行直流電沉積制備金屬錳實(shí)驗(yàn)，結(jié)合數(shù)值模擬考察陽(yáng)極開(kāi)孔形狀對(duì)電解錳經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及電解槽內(nèi)電場(chǎng)分布的影響，研究表明：陽(yáng)極板幾何開(kāi)孔為圓孔時(shí)，電流效率最大74.54％，單位功耗降低到5506 kWh/t，電解金屬錳的表面光滑平整、晶粒細(xì)?。辉陔娊膺^(guò)程中，采用開(kāi)孔形狀為圓孔的陽(yáng)極電解時(shí)，在水平和垂直方向上均獲得最負(fù)過(guò)電位-1.5989 V，電解質(zhì)電位

4、分布比其它開(kāi)孔形狀分布均勻，陽(yáng)極上電流向其他方向的流通量減少、電解液內(nèi)阻電壓降較低，電流損失降低。③通過(guò)陰極過(guò)電位在線測(cè)定，驗(yàn)證電-濃度場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型的正確性。在直流電沉積制備金屬錳過(guò)程中，由于電流幾乎為一恒定值，隨著時(shí)間的變化陰極過(guò)電位電位隨時(shí)間變化不明顯，電解時(shí)陰極過(guò)電位在1.611 V左右。仿真值與實(shí)驗(yàn)值的誤差均小于5%，模型可有效預(yù)測(cè)電解槽內(nèi)電場(chǎng)與濃度場(chǎng)的分布。④通過(guò)雙向脈沖電沉積制備金屬錳，考察了正向平均電流密度JF、反向脈沖系