稀土金属电解槽阳极消耗对电场的影响

电解过程中阳极的消耗会使电极尺寸和形状发生变化,进而对电场分布产生影响。利用有限元分析软件ANSYS建立了传统6 kA上插阴阳极式稀土电解槽的3D模型,分别研究了电解过程中阳极呈均匀消耗和非均匀消耗两种形态对电场分布的影响。结果表明,随着阳极炭块消耗量的增加,电极下方电压等势线分布呈现下移趋势,且电场强度不断增加;阳极非均匀消耗时槽电压要比均匀消耗高出130 mV左右,非均匀消耗电场强度比均匀消耗电场强度的增加量呈先增加后减小趋势,在阳极消耗26 mm时增加量达到最大值,为10.45 V·m~(-1)。根据电场仿真的结果,在阳极消耗达到50 mm时进行阳极的更换较为合理,并建议在该电解条件下使阳极保持均匀消耗更有利于电解槽的稳定性。     

大电流稀土电解槽阳极结构研究

针对大电流稀土电解槽阳极消耗速率快、阳极消耗变形导致电热场分布不合理的现象,对15 kA大电流稀土电解槽阳极的实际消耗问题进行了分析,并运用COMSOL多物理场耦合软件对阳极消耗过程和不同阳极倾角下的三维电热场进行了耦合模拟分析。结果表明:阳极消耗变形后,电解槽内上部电场分布比下部更加密集,高温区域向液面偏移;随着阳极斜向上倾角的增大,电解槽内电压降低,高温区域向槽底偏移,倾角为4°时电热场分布最为合理。最后结合现场试验,验证了试验结果和模拟结果的一致性。     

阳极结构调整对稀土电解槽的影响

以目前使用的6 k A稀土电解槽为研究对象,采用实验验证与数值模拟计算相结合的方式对采用不同阳极结构的稀土电解槽进行了全面分析讨论。使用斜角切割阳极片可以在维持电解槽槽电压、氧化物利用率、产品合格率等技术指标不变的情况下,克服传统正交切割阳极片在使用过程中随着阳极片反应消耗造成电流效率降低及缩短石墨坩埚使用寿命的现象。其可作为稀土电解槽工艺改造的一个发展方向。     

大电流稀土熔盐电解槽槽型研究进展

电解槽是稀土电解厂的主体设备,电解槽的结构对于电解质量和电解经济技术指标具有很大的影响.传统的电解槽大多偏向小型化,存在分布散乱、电解效率低等问题,槽体大型化是其发展趋势.综述了大电流稀土电解槽的四种主要槽型:阴阳极上插式稀土电解槽、底部阴极稀土电解槽、套筒式稀土电解槽和集群式电极垂直布置稀土电解槽.讨论分析不同槽型结...     

稀土电解槽内阳极气泡行为的数值模拟

通过混合物模型和阳极气泡聚并与破裂模型的耦合求解,引入标准湍流模型,利用流体力学计算软件FLUENT对稀土电解槽内阳极气泡进行数值仿真模拟,并对比分析了不同时间、不同阳极电流密度和不同极距下阴阳两极间的气泡对槽内流体速度场和槽内含气率分布的影响及规律。由计算结果分析可知:稀土电解槽阴阳两极间中上部区域和电解槽槽底区域表现出对称涡旋流动;阳极电流密度相同时,局部涡旋流动随电解时间逐渐增强、径向含气率逐渐增加,并且在电解后期阳极气泡表现出了聚并和破裂的运动状态;电流的增大使槽内流体的湍流强度增强、气泡的聚并和破裂加强;槽内流体的湍流强度和有效热导率在不同阳极电流密度下的分布曲线均呈现4个单峰分布;当阳极电流密度为1.5 A·cm~(-2)时,槽内流体的湍流强度和有效热导率分布较好;极距和阳极电流密度最合适匹配数值分别为82.5 mm和1.5 A·cm~(-2)。     

大电流稀土电解槽三维电场的数值仿真

以15 kA稀土电解槽为研究对象,建立了稀土电解槽三维电场的数学模型,利用COMSOL软件对稀土电解槽内部不同极间距下的电场进行了模拟计算,得出了不同极间距下的三维电场分布图,并对结果进行分析。结果表明:从阴极至阳极电势逐渐递增,圆弧处阴极与阳极间的电势线较为密集,电势高,阴极与阴极间的电势线较为稀疏,电势低,约为5.5 V,且最佳极间距75 mm。     

NdF3-LiF-Nd2O3熔盐体系中下阴极电解金属钕研究

设计了下阴极结构的稀土金属电解槽,该电解槽底部以钨材料为容器兼阴极,上部悬挂多块石墨作阳极,在NdF3·LiF-Nd2O3体系中,探索研究了液态下阴极电解制备金属钕的工艺技术条件.研究表明,在槽温990～1020℃,阴极电流密度1～3 A·cm-2.槽电压5.6 V条件下,电解可平稳进行,电流效率达65.64%,稀土回收率达88%～92%;该工艺与目前主流上插阴极电解工艺相比,其电解温度和槽电压明显降低,降低了电耗.     

稀土铁合金电解槽电热场数值模拟

固体自耗阴极电解法制备稀土铁合金,自耗阴极不断被消耗,阴极形状发生变化,对电解槽的生产造成影响。针对此现象,利用ANSYS有限元软件建立了不同阴极形状、极距及插入深度的稀土电解槽模型,进行了电场温度场的数值模拟,研究发现:阴极端部变尖,电流密度及电场强度减小,温度和热流密度下降,降低了生产效率。在自耗阴极电解槽模型下,极距的减小及插入深度的加深,使电流分布更均匀,发热量增加,温度升高,提高了电解效率。并采用热电偶测量温度对数值模拟进行验证,比较可知实测值与模拟值大体相同,表明了模拟的准确性。     

不同极间距下稀土电解槽内电-热场耦合数值模拟研究

运用数值模拟软件COMSOL建立了不同极间距下3 k A Nd电解槽的物理模型,针对包头稀土研究院的3 k A稀土电解槽进行了电-热场的耦合模拟。模拟结果验证了耦合的合理性,并发现槽电压随极间距的增大而增大,电解槽的整体温度随极间距的增大而升高。结合实际生产经验,认为极间距在75 mm时整个电解过程相对稳定,可以达到电解中槽体电压、温度分布等方面的要求。该研究结果为稀土电解槽进一步的结构优化提供了参考。     

稀土氧化物电解槽流场的研究

建立了计算稀土氧化物电解槽内部流场的数学模型; 用SIMPLE方法计算了电解槽内部的流场; 根据计算结果, 可以将电解槽内部分为--阴极与阳极之间、阳极与电解槽之间、电极下表面与金属接受器之间和金属接受器内部4个区域, 对每个区域的流动情况进行了分析, 找出了影响电解槽操作和电流效率的因素.     

熔盐电解法制备镁稀土合金的现状及展望

熔盐电解法是一种高效制备镁稀土合金的方法,工艺流程简便易于连续生产,而且制备的镁稀土合金成分均匀,不偏析。 不同稀土元素的熔盐体系也有所区别,重稀土元素一般采用氧化物电解法,而轻稀土元素则采用氯化物电解法。 针对以上不同的电解方法,本文从电解原料、电解槽结构、电极过程、电解工艺、尾气处理等多方面详细阐述了制备镁稀土合金的现状,并对电解法制备镁稀土合金的未来提出发展方向。     

3000A液态下阴极电解制备稀土金属关键技术研究

设计了一台3000A液态下阴极电解槽,阴极为轧制钨板设置在槽底部,电解过程中阴极表面形成一层金属液而充当液态阴极作用,继续析出的金属流入坩埚中,阳极为方块状石墨块,由导杆悬挂于可升降的水平导电母线上,阴极处于阳极投影下方,阴阳极之间水平平行布置.在此设计的电解槽上进行金属钕的电解试验,电解槽稳定运行,电解槽电压与传统上插阴阳极式电解槽相比,槽电压大幅降低至6V以内,电流效率达到80％以上,本文还考察了该电解槽的电压分布情况、电流电压曲线、电解槽的热场分布情况.     

几种稀土盐封闭的铝阳极氧化试样的腐蚀行为

为提高铝硫酸阳极氧化膜的抗污染和防腐蚀性能，分别采用环境友好的铈盐、钇盐和镧盐溶液对阳极氧化膜进行了封闭处理。采用动电位极化法比较了不同稀土盐封闭的铝阳极氧化试样在弱酸性NaCl腐蚀介质中的电化学行为，采用扫描电子显微镜（SEM）和能量色散谱（EDS）对封闭试样腐蚀前后的表面形貌、组成进行了表征。结果表明：在腐蚀介质的侵蚀及强电化学极化条件下，铈盐和镧盐封闭的阳极氧化膜对铝基体具有较好的保护作用，而钇盐封闭膜的保护作用则较差。这种差别的主要原因是不同稀土盐封闭过程中封闭产物的析出倾向及速率不同。     

稀土电解槽电场仿真与阴极结构优化

利用有限元分析软件ANSYS,建立了上插阴阳极式稀土电解槽的3-D模型,研究了稀土电解槽阴极腐蚀和安装保护套对电场分布的影响,并对阴极结构进行优化。结果表明,在阴极腐蚀后,导致腐蚀坑处电流密度集中,其电流密度高达2.4×10~6 A·m~(-2),产生大量焦耳热进一步加速了阴极的腐蚀;阴极保护套的使用会使槽电压升高,其中采用外部式保护套,槽电压升高90 mV,采用嵌入式保护套,槽电压升高150 mV;当阴极结构采用半球型时电解槽电场分布更加均匀,避免了电解槽局部过热,有利于提高电解槽的电流效率和使用寿命。     

熔盐电解制取铈槽内电场的数值模拟

针对6 k A新型Ce电解槽结构,采用数值模拟软件建立该电解槽的电场模型。模拟了在阴、阳极高度相差一定的情况下,同时改变阴、阳极的插入深度从而分析电解槽内电场的变化情况。研究表明:随着阴、阳极插入深度的不断变化,电解槽内部电流密度和槽电压也随之发生变化,阴、阳极插入深度逐渐增加,槽电压逐渐降低,电解槽底部的电压差增加,但电流密度值却逐渐减小,产生热量也会降低,阴、阳极插入深度减少,槽电压越来越高,电解过程中由电流产生的热量就会逐渐增加,电流效率却逐渐降低,因此通过模拟后发现最佳的阴极插入深度约为0.290 m,阳极高度约为0.250 m。通过对电场的模拟,为Ce电解槽开发设计具有很重要的意义。     

首届全国化学类专业研究生化学课程与教学研讨会暨全国化学类专业研究生教育论坛纪要

高中化学电化学部分以氯碱工业为例,讨论了用阳离子交换树脂隔膜电解槽电解饱和食盐水时在电解池阴极区和阳极区发生的变化及其原理.     

水-四氯化碳液液两相阳离子交换电解食盐水

高中化学电化学部分以氯碱工业为例,讨论了用阳离子交换树脂隔膜电解槽电解饱和食盐水时在电解池阴极区和阳极区发生的变化及其原理.     

固定床电解槽变电流成对电解合成乙醛酸

对电解氧化乙二醛合成乙醛酸过程 ,固定床电解槽和变电流电解效果明显优于平板型电解槽和恒电流电解效果 .当阳极液中乙二醛和盐酸初始质量分数 (WCHOCHO 和WHCI)分别等于7.0 %和 8.0 %、阴极液为始终饱和的草酸溶液和微量的添加剂时 ,采用平均电流密度 (i)为 15 35A/m2 的变电流方式电解 ,阳极电流效率 (CEa)为 85 .3%、乙醛酸选择性 (RSa)为 93.9% ;阴极电流效率 (CEc)为 86 .7% ,乙醛酸选择性 (RSc)为 94 .0 % .阳极初产品中WCHOCOOH∶WCHOCHO≥ 4 0∶3,克服了阳极产品中乙二醛难以除去的困难     

固定床反应器电合成乙醛酸的研究

以过饱和草酸水溶液为阴极液 ,盐酸为阳极液 ,在固定床电解槽中草酸电还原得到乙醛酸 .考察改变固定床的结构、电解温度及电流密度对生成乙醛酸电流效率和产率的影响 .结果表明 ,以铅粒作阴极 ,石墨板作阳极 ,电流密度 96 .3A·m- 2 ,阴极液空速 0 .5 0 5m·s- 1,电解温度 32℃时 ,在固定床双阳极室内反应 4 5min ,乙醛酸的电流效率仍达到 6 6 .2 % ,浓度 2 .0 2 %     

下沉阴极熔盐电解法制取富钇稀土-镁合金

本文借助透明石英电解槽研究了液态阴极在电解过程中的运动特征,提出了以富钇氯化稀土为原料和下沉的镁合金为阴极,在KCl-NaCl-RE(Y)Cl_3熔体中,于750℃下电解制取富钇稀土-镁合金的方法,研究了电解工艺条件。