氣泡形成與運(yùn)動(dòng)對(duì)稀土電解槽內(nèi)流場(chǎng)的影響研究.pdf

1、目前，我國(guó)稀土行業(yè)廣泛采用熔鹽電解法制取稀土。電解時(shí)稀土氧化物在槽內(nèi)高溫熔融，槽內(nèi)熔鹽的循環(huán)運(yùn)動(dòng)促使了整體電解過程高效穩(wěn)定，而氣泡運(yùn)動(dòng)又是維持高溫熔鹽循環(huán)運(yùn)動(dòng)的根本動(dòng)力。但是，氟化物熔鹽的高溫強(qiáng)腐蝕性使得氣泡的形成和運(yùn)動(dòng)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(shí)際生產(chǎn)效率。
　　本文以3 kA釹電解槽為研究對(duì)象、相似理論為基礎(chǔ)，以水代替實(shí)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)課題進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)選擇修正的Froude數(shù)作為動(dòng)力相似準(zhǔn)數(shù)，經(jīng)計(jì)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(jī)和PIV測(cè)試儀記錄不同工況下模型槽內(nèi)氣泡的形成和運(yùn)動(dòng)過程及槽內(nèi)流場(chǎng)的變化，分析此過程中氣泡的直徑、接觸面積、脫離所需時(shí)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(duì)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(jì)

3、算可得不同電流密度下水模型中單位時(shí)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(shí)驗(yàn)分析了通氣流量10.41 ml/min時(shí)單氣泡形成和運(yùn)動(dòng)過程中氣泡各項(xiàng)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(shí)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(shí)氣泡各項(xiàng)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(shí)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(shí)氣泡各項(xiàng)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(shí)氣泡生成脫離效率最佳。此外，通過PIV實(shí)驗(yàn)方法研究了不同通氣量及插入深度對(duì)槽內(nèi)流場(chǎng)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(chǎng)的分布、循環(huán)運(yùn)