【摘要】：在電解錳過程中,由于電極上的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)、陽極泥的產(chǎn)生、陰極分形生長(zhǎng)和陽極電化學(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,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)過程中節(jié)能降耗具有重要意義。本文以電解槽幾何結(jié)構(gòu)、陽極幾何開孔形狀、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。得到如下研究結(jié)果:(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、陽極尺寸小于陰極尺寸有利于電解錳過程節(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)通過自制多孔陽極板進(jìn)行直流電沉積制備金屬錳實(shí)驗(yàn),結(jié)合數(shù)值模擬考察陽極開孔形狀對(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:陽極板幾何開孔為圓孔時(shí),電流效率最大74.54%,單位功耗降低到5506 kW·h/t,電解金屬錳的表面光滑平整、晶粒細(xì)小;在電解過程中,采用開孔形狀為圓孔的陽極電解時(shí),在水平和垂直方向上均獲得最負(fù)過電位-1.5989 V,電解質(zhì)電位分布比其它開孔形狀分布均勻,陽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)通過陰極過電位在線測(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程中,由于電流幾乎為一恒定值,隨著時(shí)間的變化陰極過電位電位隨時(shí)間變化不明顯,電解時(shí)陰極過電位在-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、反向脈沖系數(shù)α、一組正向脈沖工作時(shí)間TF和反向脈沖工作時(shí)間系數(shù)β對(duì)電流效率、陽極泥產(chǎn)量以及金屬錳與陽極泥微觀形貌的影響,確定最佳脈沖參數(shù)為:正向平均電流密度350A/m~2、反向脈沖系數(shù)1/10、一組正向脈沖工作時(shí)間150ms、反向脈沖工作時(shí)間系數(shù)1/15,在此條件下脈沖電沉積2小時(shí)的電流效率達(dá)到80.25%,陽極泥產(chǎn)量降至2.93g。研究結(jié)果表明,通過電解槽幾何結(jié)構(gòu)、陽極幾何開孔形狀、電流加載方式等手段,可有效對(duì)電解槽內(nèi)多物理場(chǎng)進(jìn)行調(diào)控、提高電流效率,為實(shí)際生產(chǎn)與設(shè)備創(chuàng)新提供理論基礎(chǔ)。
【圖文】：

圖 1.1 電解金屬錳生產(chǎn)工藝Fig. 1.1 Production process of electrolytic manganese metal圖 1.2 電解錳電解車間Fig. 1.2 Electrolytic manganese electrolysis workshop

圖 1.2 電解錳電解車間Fig. 1.2 Electrolytic manganese electrolysis workshop能耗主要受一下幾個(gè)方面影響：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將直接影響電解槽內(nèi)的電場(chǎng)、流場(chǎng)和溫度場(chǎng)現(xiàn)用電解設(shè)備，極板間距、陰陽極室空間、極板結(jié)構(gòu)以及善空間；序中電解槽漏電也會(huì)造成大量電能損失。合格液具有良漏液時(shí)也會(huì)伴隨漏電情況，不僅如此，冷卻水和電解槽面能損失；過程中人工操作對(duì)電流效率也有很大影響。電解過程中、溫度、pH、添加劑濃度不僅影響能耗還會(huì)影響電解錳品要集中在以下幾點(diǎn)：浸取過程中仍然有部分礦粉未能完全浸出，因此還需要
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TF792

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本文編號(hào)：2671773