氣泡形成與運動對稀土電解槽內(nèi)流場的影響研究.pdf

1、目前，我國稀土行業(yè)廣泛采用熔鹽電解法制取稀土。電解時稀土氧化物在槽內(nèi)高溫熔融，槽內(nèi)熔鹽的循環(huán)運動促使了整體電解過程高效穩(wěn)定，而氣泡運動又是維持高溫熔鹽循環(huán)運動的根本動力。但是，氟化物熔鹽的高溫強腐蝕性使得氣泡的形成和運動過程研究難度很大，因而有必要采用新的手段研究電解過程陽極表面氣泡行為變化，以提高實際生產(chǎn)效率。
　　本文以3 kA釹電解槽為研究對象、相似理論為基礎(chǔ)，以水代替實際電解槽內(nèi)高溫熔鹽、自然空氣代替陽極電化學(xué)反應(yīng)生成的氣

2、體，建立了電解過程的水模型實驗平臺對課題進(jìn)行研究。實驗選擇修正的Froude數(shù)作為動力相似準(zhǔn)數(shù)，經(jīng)計算得出不同陽極表面電流密度下水模型中的通氣流量，利用高速攝像機和PIV測試儀記錄不同工況下模型槽內(nèi)氣泡的形成和運動過程及槽內(nèi)流場的變化，分析此過程中氣泡的直徑、接觸面積、脫離所需時間、滑移距離等參數(shù)變化以確定最優(yōu)工作參數(shù)，為電解槽的開發(fā)提供參考依據(jù)。
　　根據(jù)形核理論對理論氣體速度進(jìn)行修正，結(jié)合模型與原型的修正Froude數(shù)相等，計

3、算可得不同電流密度下水模型中單位時間通氣流量為7.13 ml/min、8.77 ml/min、10.41 ml/min、12.06 ml/min、13.71 ml/min。實驗分析了通氣流量10.41 ml/min時單氣泡形成和運動過程中氣泡各項參數(shù)變化，明確了氣泡逸出過程中直徑、形狀、縱橫比、作用力等參數(shù)隨時間的變化情況。用不同通氣流量來表征陽極表面電流密度，研究不同通氣量時氣泡各項參數(shù)變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)通氣流量8.77 ml/min最佳

4、，即陽極電流密度為1.6 A/cm2時更有利于電解。研究陽極壁面向下傾斜0°、3°、5°、7°、10°和向上傾斜3°、5°、7°、10°、20°時氣泡各項參數(shù)的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：陽極壁面向下傾斜不利于氣泡快速脫離上升，且陽極靠近熔鹽上表面處容易產(chǎn)生陽極效應(yīng)；上傾角度設(shè)置為3°時氣泡生成脫離效率最佳。此外，通過PIV實驗方法研究了不同通氣量及插入深度對槽內(nèi)流場的影響情況，結(jié)果證明：陽極表面電流密度和電極插入深度直接影響槽內(nèi)流場的分布、循環(huán)運