气泡形成与运动对稀土电解槽内流场的影响研究

发布时间：2020-10-21 09:30

　　 目前，我国稀土行业广泛采用熔盐电解法制取稀土。电解时稀土氧化物在槽内高温熔融，槽内熔盐的循环运动促使了整体电解过程高效稳定，而气泡运动又是维持高温熔盐循环运动的根本动力。但是，氟化物熔盐的高温强腐蚀性使得气泡的形成和运动过程研究难度很大，因而有必要采用新的手段研究电解过程阳极表面气泡行为变化，以提高实际生产效率。 本文以3kA钕电解槽为研究对象、相似理论为基础，以水代替实际电解槽内高温熔盐、自然空气代替阳极电化学反应生成的气体，建立了电解过程的水模型实验平台对课题进行研究。实验选择修正的Froude数作为动力相似准数，经计算得出不同阳极表面电流密度下水模型中的通气流量，利用高速摄像机和PIV测试仪记录不同工况下模型槽内气泡的形成和运动过程及槽内流场的变化，分析此过程中气泡的直径、接触面积、脱离所需时间、滑移距离等参数变化以确定最优工作参数，为电解槽的开发提供参考依据。 根据形核理论对理论气体速度进行修正，结合模型与原型的修正Froude数相等，计算可得不同电流密度下水模型中单位时间通气流量为7.13ml/min、8.77ml/min、10.41ml/min、12.06ml/min、13.71ml/min。实验分析了通气流量10.41ml/min时单气泡形成和运动过程中气泡各项参数变化，明确了气泡逸出过程中直径、形状、纵横比、作用力等参数随时间的变化情况。用不同通气流量来表征阳极表面电流密度，研究不同通气量时气泡各项参数变化，结果发现通气流量8.77ml/min最佳，即阳极电流密度为1.6A/cm2时更有利于电解。研究阳极壁面向下倾斜0°、3°、5°、7°、10°和向上倾斜3°、5°、7°、10°、20°时气泡各项参数的变化，结果发现：阳极壁面向下倾斜不利于气泡快速脱离上升，且阳极靠近熔盐上表面处容易产生阳极效应；上倾角度设置为3°时气泡生成脱离效率最佳。此外，通过PIV实验方法研究了不同通气量及插入深度对槽内流场的影响情况，结果证明：阳极表面电流密度和电极插入深度直接影响槽内流场的分布、循环运动的幅度，气泡运动是槽内熔盐循环运动的主要动力。
【学位单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TF845
【部分图文】：

（a）正视；（b）侧视图 1.1 水力模拟槽结构示意图中、刘业翔[53]等以镁电解冶炼过程中产生的氯气 示 ） ， 建 立 有 机 玻 璃 电 解 槽 体 模 型 ， 用 Na溶液和水三种溶液代替实际电解质，通过向溶液中运动导致的整体流动的流动状况、湍流的程度，结介质、通气量的变化均会影响氯气气泡逸出，从而而对氯气喷射角无太大影响；改变槽体结构参数会收集影响很大。前人研究的基础上，建立了工业镁电解槽的物理模体尺寸比为 5:1，实验中以水来代替液态的镁金属，中的熔盐和氯气，以通气量表征不同电流强度，结

内蒙古科技大学硕士学位论文 Kiss 等[62,63]以微观视角研究了阳极底部气泡脱离合并、直至图 1.4 所示。er、Evans[64]用水力模型模拟研究了阳极气体在开槽阳极上的开槽阳极可使阳极气泡析出加快，从而降低能耗。

阳极可使阳极气泡析出加快，从而降低能耗。流表；2.导线；3.石墨阳极；4.导线；5.萦铜电极板；6.CUS7.有机玻璃槽；8.直流电压表；9.整流器图 1.3 实验装置示意图
【参考文献】

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本文编号：2849947