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)。     

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。     

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...     

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。     

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。     

铬酸钠电化学合成重铬酸钠进程监控及表征

针对重铬酸钠传统工业化生产中存在的污染严重及工艺落后问题,研究了以铬酸钠为原料,再以钌、铱、钛氧化物做复合阳极的自制复极式两室电解槽中电化学合成重铬酸钠绿色新技术。实验表明可用电解槽电压随电解时间的变化规律来监控和定量表征重铬酸钠合成进程,并建立了反应进程数学模型及槽电压随时间变化速率方程,研究发现所建模型定量表征重铬酸钠电化学合成进程良好,详细讨论了槽电压的影响因素。     

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.