基于Fluent的新型平行流铜电解槽内流场数值模拟

铜电解液流场对电解槽内离子浓度、温度分布及阳极泥沉降等有重要意义,本文以国内某铜电解槽为原型,运用Fluent软件对单侧平行流、双向平行流及新型平行流进液方式进行了数值模拟。模拟结果表明:单侧平行流的电解液流动方向是从下至上,容易将电解槽内沉降的阳极泥扬起,导致阴极铜纯度不高,并且不利于阳极泥的合理回收;双向平行流的电解液由上而下流动,进口处流速高,流场内的速度差造成回流,不利于阳极泥的沉降;新型平行流的进液方式基于双向平行流进行了改进,减少了进、出口数量,两侧进液口存在高度差,使得大部分电解液进入极板间,电解槽底部流速较小,具有流场流速均匀稳定、电解周期短、便于后期检修的优点。     

大型锂电解槽流场分析

锂电解槽相比于镁、铝电解槽电流小,产量低,随着市场对金属锂的需求逐年上升,开发设计大电流锂电解槽可以为工业实际运用提供参考。以大电流锂电解槽为研究对象,运用有限元软件COMSOL建立锂电解槽电解质-氯气气液两相流模型,采用Euler-Euler两相流模型并耦合k-ε模型用于求解电解液速度,分析了槽内电势、电流密度及流场分布规律。结果表明,电解槽内的极间空间顶部皆存回流情况,越靠近电解槽内部,回流现象越明显;电解槽内壁处湍流黏度较高,涡流强度大;每对电极对应的电解质循环具有明显的界限,随着阴阳极对靠近电解槽内壁面数增加,电解液循环效果越好。     

平行流铜电解精炼工艺与生产实践

介绍了五矿铜业(湖南)有限公司一期铜电解精炼采用的底部交错平行流技术,结合计算流体力学对电解槽中的流场特性进行研究分析,着重分析了一期电解槽投产后的运行情况,总结出适用于底部交错平行流技术的生产方法,为平行流技术的后续优化设计提供借鉴。     

300kA新式异型阴极双钢棒铝电解槽生产实践

300kA新式异型阴极双钢棒铝电解槽可有效减缓铝液的流动、大幅降低铝液水平电流、降低铝液和电解质界面变形的波形幅度、提高电解槽的稳定性、降低电解槽的工作极距,同时使槽侧部由原来的散热型改为保温型来维持电解槽的热平衡。在保证电解槽平稳高效生产的前提下,电流效率比普通异型阴极电解槽高1个百分点以上,吨铝直流电耗降低400kWh。     

电解槽結构的改进

1972年日本专利公报“昭47—9881”号介绍了一种改进铜、锌电解槽结构的方法,主要是对电解槽的进液与排液提出了一种改进的措施,现摘要如下,供参考。通常使用的电解槽是长方形的槽子,其结构是,电解液从槽子的一端由上部给入,在另一端的上面排出,电解液的流动沿长边进行。但是,随着电解槽的大型化、电极板间距的缩短以及高电流密度电解精炼方法的采用,供给     

双向平行流铜电解过程电解液流场分布仿真

建立了双向平行流铜电解过程计算机仿真模型,详细分析了电解液流场的分布情况。 研究结果表明,整个铜电解槽内的流动情况有 4 种：1)阴阳极板间及槽体两端近似半圆弧的双向旋转流动;2)电解槽侧壁由上至下的径向流动;3)槽体底部由高到低的水平流动;4)槽体角落区域形成的回流死区。槽体中,喷嘴和出口区域流速最大,流速范围为 4.00×10^-4～2.73×10^-1m/s;槽体两侧区域流速在 4×10^-4～8×10^-4m/s 之间变化;阴阳极板之间流域、槽体底部流域和两端流域速度相对较小,流速在 4.88×10^-8～4.00×10^-4m/s 之间。 槽体底部电解液整体向出口流动,但 X 方向上电解液有从槽体高处缓慢向槽体低处流动的趋势,有利于阳极泥的收集和排放。     

双向平行流铜电解生产实践

从电解液温度、电解液中铜和酸的浓度、阳极泥沉降、结垢清洗等方面对顶侧双向平行流和底侧双向平行流铜电解槽生产情况及条件进行比较。结果表明,顶侧双向平行流有利于阳极泥沉降,可降低阴极铜含银,阳极泥清洗时间短;底侧双向平行流电解液流动更为简单,循环条件好,但不利于阳极泥沉降、不便于清洗。高银阳极宜采用顶侧双向平行流,利于提高银回收率;低砷高锑高杂阳极,阳极中摩尔比As/(Sb+Bi)＜2,阳极泥沉降差,宜采用顶侧双向平行流,提高阳极泥沉降;高电流密度（大于400 A/m2）,阳极中摩尔比As/(Sb+Bi)＞2,阳极泥沉降好,宜采用底侧双向平行流,循环条件更好。     

阴极铜电解与电积共线生产试验研究

本文主要概述了国内某铜冶炼厂电解精炼过程中存在的系统平衡控制问题，旨在通过电解液的成分平衡控制，经济有效提高阴极铜质量。试验研究了在电解槽内利用钛基阳极板作为阳极、不锈钢母板为阴极，采用下进上出的电解液循环方式（L型管底部分散给液，同时加酸管中部辅助给液）、电流密度300A/m2、槽温62℃～64℃、电解液流量（70+30）L/min、骨胶60～65g/t条件下，通过对钛基阳极板进行优化，实现了阴极铜电解和电积共线自动化兼容生产，较好的平衡了电解液的成分，同时电积槽产出符合标准的阴极铜。     

铜电解槽内电热场的数值分析

以国内某冶炼厂铜电解槽为研究对象,建立了铜电解槽内电解液流场、温度场和电场作用数学模型,利用CFD商业软件,对槽内各物理场进行数值计算,重点考察了温度场和电场的分布状况,并进行了电解槽热平衡分析。结果表明:计算的槽面电解液温度分布状况与现场检测结果基本吻合,验证了模型的有效性;靠近入口区域电解液温度比出口附近低约1~2℃,极板间电解液温度比槽底部区域高约1~2℃,槽内电解液温度分布呈现不均匀状况,分析原因后提出了可行措施,为优化电解槽温度场分布、改进操作工艺参数提供了理论依据。      

铜电解铜直收率的影响因素及控制措施

铜电解直收率是反映金属铜原料利用程度的标志,直收率的高低在一定程度上体现了车间生产技术水平的高低。文章分析影响铜电解精炼直收率的因素,如残极率、电解液含铜、阳极泥含铜等,通过提升阳极单重,提高阳极浇铸的物理规格,提升阳极整形机组的铣耳质量,精准控制电解槽液位,提升阴极及导电排的导电均匀性能有效降低残极率;控制阳极含氧与电解液温度,强化阳极装槽前的泡洗工作能减少进入电解液和阳极泥中的铜量;发展净液新工艺,实现铜与杂质的定向分离,电解液中上升的铜全部以生产电积铜的方式脱除。     

基于ANSYS Workbench的铜电解槽多物理场耦合仿真

以国内某厂铜电解槽为对象，基于ANSYS Workbench协同仿真平台，构建Maxwell和Fluent仿真模块的多场耦合仿真环境，探究槽内电场和流场的分布情况。结果表明：铜电解槽内高密度电流及电损耗功率主要集中在极板间区域；阴阳极板可以视作等势面，阳极板端部电流矢量方向由端部向外扩散，电场梯度均匀；根据流场分布特征可将铜电解槽内流体区域分为四个区域，其中阴阳极板之间区域的电解质流量仅为9%左右，槽底存在约1%的流动“死区”。     

5kA级惰性阳极铝电解槽流场仿真研究

针对铝电解槽流场计算方法的不足,率先提出一种用于铝电解槽流场仿真计算的间接耦合方法,并使用此方法对5 kA级惰性阳极铝电解槽分别在电磁力、阳极气体、电磁力和阳极气体共同作用下的电解质和铝液流场分布情况进行了仿真计算。计算表明,计算方法能够合理计算出电解质和铝液在任一体积力作用下的流场分布。5 kA级惰性阳极铝电解槽电解质流动主要受阳极气体控制,铝液流动主要受电磁力控制。电解质在仅电磁力作用、仅阳极气体作用、电磁力和阳极气体共同作用下的平均流速分别为1.784 cm/s、3.657 cm/s、3.814 cm/s,铝液平均流速分别为1.295 cm/s、3.509 cm/s、3.696 cm/s。     

40 kA制钠电解槽流场的模拟研究

电解质在阳极气泡和阴极钠液浮力的作用下在制钠电解槽内循环流动,是典型的气—液—液三相流动。使用FLUENT软件建立40kA制钠电解槽三维流场的数学模型,通过计算得到了电解槽内气泡、钠液的浓度和速度分布情况,以及熔盐的流场分布图。     

基于正交实验的高电流密度铜电解槽结构优化

为减少高电流密度铜电解过程中阴极积瘤现象、降低残极率以及提高电流效率,本文基于多物理场耦合理论与正交实验方法,研究了进液管半径、阳极板底部圆角半径以及极间距对铜电解精炼效果的影响。单因素分析发现,随着进液管半径的增大或阳极圆角半径的增大,电流效率和阴极铜沉积厚度均匀性均呈现先增大后减小的趋势;随着极间距的增大,电流效率逐渐减小,阴极铜沉积厚度逐渐均匀。进行正交实验分析出使铜电解精炼效果优异的电解槽结构参数为：进液管半径3.5 mm,阳极底部圆角4 mm,极间距110 mm。本文为优化电解槽提高生产效率的研究提供理论指导。     

Glue analysis and behavior in copper electrolyte

Animal glue in combination with other chemicals is often used as a leveling agent in the copper electroplating industry. The control of the glue concentration in the electrolyte is critical to the quality of copper produced. A quantitative galvanostatic technique for glue analysis in copper electrolyte containing lignin sulfonate and Cl⁻ was developed. The kinetics of glue hydrolysis in industrial electrolytes was studied and found to follow first-order reaction kinetics, with sulfuric acid acting as a catalyst. The dependence of the glue hydrolysis rate constant on temperature follows the Arrhenius equation. By adding fresh glue to the electrolyte, the glue activity first rises and then falls. This effect can be explained by the presence of long-chain molecules in the glue which are less active but hydrolyze into the more active medium-sized molecules. A mathematical model of this process shows good agreement with experimental data. The bulk of the electrolyte flow in the INCO commercial electrolytic plating cell bypasses the electrodes, probably across the bottom of the cell. The electrolyte circulation between electrodes is not very intense. A simple equation for the glue concentration calculation in the cell inlet and outlet, depending on the glue addition rate, was derived. V.K. Blechta, formerly Section Leader of Process Technology, INCO Limited, is retired. Z.Z. Wang, formerly Research Scientist, INCO Limited, is Researcher, Laurentian University, Sudbury,Canada.     

10kA底部阴极稀土熔盐电解槽流场的模拟

针对当前上插阴、阳极结构稀土熔盐电解槽存在的一些弊端,设计了10kA底部阴极电解槽,并用商业CFD软件FLUENT对该槽型中的流场进行了数值模拟,得到三种极距下电解质和阳极气体的速度分布,发现该槽型的设计是合理的.     

DBSA集成铜电解工艺成套技术和装备开发及应用

DBSA集成电解工艺成套技术和装备由"双向平行流铜电解及电积工艺技术"、"多回路平衡导电技术"、阳极泥实时收集技术"、"高效电积及酸雾抑制技术"等技术和装备组成。双向平行流铜电解技术改变了传统的循环方式,加上多回路平衡导电系统的作用,可实现高电流密度电解;阳极泥实时收集技术缩短了阳极泥回收周期;"高效电积及酸雾抑制技术"可在很低的铜离子浓度下电积产出高品质阴极铜,且改善了电积车间的环境。     

降低水平电流减少铝液动态波动铝电解节能技术研究

通过计算机模拟仿真研究复合稳流综合节能技术对铝电解过程中阴极铝液内水平电流的影响。结果表明,以高导电方钢为核心的复合稳流综合节能技术可明显降低阴极铝液内水平电流大小,降低电解质-铝液界面变形,提高电解槽内磁流体的稳定性,以此来降低槽电压和提高电流效率,达到节能降耗的作用。为验证仿真模拟结果,在某企业300 kA系列电解槽进行复合稳流综合节能技术工业化试验,采用以高导电钢棒为核心的复合稳流综合节能技术,电解槽内水平电流降低明显,获得了非常小的铝液界面变形量,电解槽生产运行稳定性明显提高,吨铝直流电耗较系列传统槽、201技术槽、双钢棒技术槽都低。