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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

碱性电解槽三维两相CFD模拟研究（英文）

电解槽的结构和运行参数对碱性水电解的性能起着重要作用。针对工业碱性水电解槽紧凑的装配结构,特别是在电流密度大于5000 A·m^-2时,本文首次建立了耦合电场和欧拉-欧拉k-ε湍流流场的三维数值模型,以准确模拟碱性水电解槽的性能。将模拟结果与实验数据进行比较,验证了模型的准确性。通过电解槽内部电场和流场特性的反馈,确定了适合的浓度、流量的操作条件和流道结构的优化设计方法。适当增加电解液浓度和流速有利于降低槽电压。KOH水溶液的最佳浓度和流速分别为6.0-8.0 mol·L^-1和30.0-45.0 mL·min^-1。随着电极与隔膜距离的增加,欧姆过电压显著增加;流道高度和双极板上导流柱的排列方式对电压的影响微弱,但三角形排列的导流柱和流道高度的增加有利于提高流体的分布均匀度,适当增加导流柱之间的距离有利于降低槽电压。多流体出入口电解槽有利于产生更均匀的流体分布,流道高度对多出入口电解槽同样影响不大。宽导流柱间距的多流体出入口电解槽G-2.5-T-0-5-3,配合高流量,既能降低槽电压,又能提高电解质在电极面的法向流速,使电解...     

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)。     

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。     

稀土电解槽阳极腐蚀消耗规律研究

针对稀土电解槽阳极腐蚀消耗速率快、有效使用时间缩短、残余浪费量大等问题,以8 kA稀土电解槽为研究对象,分析不同时刻阳极电解腐蚀下的变化特征及阳极更换顺序对其腐蚀消耗的影响,以阳极及其不同更换顺序进行电解腐蚀模拟仿真分析,结合实际生产过程阳极腐蚀情况进行对比,找出阳极的腐蚀规律及改善阳极更换顺序.结果表明:阳极腐蚀消耗...     

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。     

一种用于测定高氯酸盐电流效率的气体分析方法及其应用

吭氯酸盐电解电流效率的化学分析过程复杂、费时。本文通过改变电解槽结构,提出一种气体分析方法,即采用氧阴极或使用一张钠离子交换膜改变电极槽结构,通过测定电解槽产气量,得到电解电流效率。与传统分析方法相比,气体分析方法既简单又方便。这种方法特别适用于实验室研究使用和评价阳极材料的电化学性能。此外,使用氧阴极代替铁阴极,可以电解电压和节约电能。     

m(SA-CS)BM串联电解槽双成对电解制备乙醛酸

分别用戊二醛和二价锡离子改性壳聚糖(CS)和海藻酸钠(SA),制备改性海藻酸钠/亮聚糖双极膜[m(SA-CS)BM].将其作为双阴阳极电解槽的隔膜,应用于双成对电合成乙醛酸体系.在电场的作用下,双极膜中水电离后生成的H+透过Msa阳离子膜进入阴极室,以补充草酸电还原生成乙醛酸过程中H+的消耗;OH-透过Mcs阴离子膜进入阳极室,与乙二醛电氧化生成乙醛酸过程中产生的H+结合生成H2O,以增大正向反应的速度.在电流密度为30mA/cm2,20℃下电解,双阴极室的电流效率分别可达86.94%和82.81%,双阳极室的电流效率可达81.99%和78.62%,电解电压稳定在3.0V左右.     

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...     

孝义煤电化学脱硫研究Ⅲ.电化学还原脱硫行为

通过对供质子体、支持电解质、电极电位等因素的选择，孝义高硫煤在非隔离电解槽中，以铅为阴极，铂为阳极，以Ｃ２Ｈ５ＯＨＨ２ＯＢｕ４ＮＢｒ为电解体系，电解后可以得到较好的脱硫效果。实验发现，电解后的煤在含硫量降低的同时，Ｈ／Ｃ原子比有所增加，煤体基本不发生破坏。     

孝义煤电化学脱硫研究

通过对南子体、支持电解质、电极电位等的选择，孝义高硫煤在非隔离电解槽中，以铅为阴极，铂为阳极，以Ｃ２Ｈ５ＯＨ－Ｈ２Ｏ＿Ｂｕ４ＮＢｒ为电解体系，电解后可以得到较好的脱硫效果，实现发现，电解后的煤在含硫量降低的同时，Ｈ／Ｃ原子比有所增加，煤体基本不发生破坏。     

稀土电解槽的研究现状及发展趋势

综述了国内外稀土电解槽的类型和特点,国内在稀土电解槽的电场、磁场、流场、熔盐性质、工艺条件、电阻常数以及电解槽的热平衡和电极材料等方面的研究现状。提出了槽电压与结构参数之间的关系以及结构参数的优化设计方法,根据槽容量进行优化设计可显著降低槽电压,达到节能降耗的目的。     

利用离子膜电解法改进过硫酸铵生产研究

国内工厂生产过硫酸铵大多采用工艺简单且产品纯度高的电解法,但是电解法在生产过程中存在能耗过高的问题。这一问题限制了过硫酸铵在许多领域的进一步发展。针对这一现象,对硫酸铵电解生成过硫酸铵的设备及工艺进行设计和研究,以期达到降低能耗的目的。实验基于零极距和离子交换膜电解槽的设计,研究了加酸量、抑制剂用量、出入口温度和电解液浓度等因素对电解效率的影响。结果表明,在电解液中加酸并且在阳极液中添加抑制剂对提高电流效率和降低槽电压具有很大的影响,在最优条件下电流效率可达到98%,生产过程能耗显著降低。另外,电解槽还具有连续性生产、占地面积小的优势,进一步解决了厂家所面临的生产成本过高的问题。     

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     

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。     

两类不同阳极电氧化过程中的失活现象及氧化机制

利用电化学测试技术分析了两类不同阳极在电氧化降解对氯苯酚过程中的失活现象及氧化机制. 结果表明, 对氯苯酚在“I”类阳极Pt和“II”类阳极含氟树酯(polytetrafluoroethylene, PTFE)的β-PbO2 (PTFE-β-PbO2)上可发生直接氧化反应, 且两者的电催化活性均会在短时间内失活. 高电位电解能使失活的PTFE-β-PbO2和Pt得到再生, 但Pt电极需要更高的电解电位. 常见有机溶剂(如丙酮、四氢呋喃、二甲基亚砜)的浸洗可以再生失活的Pt电极, 但不能再生PTFE-β-PbO2电极. 对于“I”类阳极Pt, 当阳极电位大于2.0 V时, 除对氯苯酚的直接氧化反应外, 晶格氧的氧化作用成为整个降解过程的主导因素; 而对“II”类阳极PTFE-β-PbO2, 当阳极电位大于1.8 V时, 除直接氧化反应外, 羟基自由基的降解反应成为对氯苯酚去除的主要原因.