阳极壁面向下倾斜对气泡影响研究

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1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2015.06.015阳极壁面向下倾斜对气泡影响的研究刘中兴，韩文帅，伍永福，董云芳，鞠阳（内蒙古科技大学能源与环境学院，内蒙古包头014010)摘要：以3kA钕电解槽为研究对象、相似理论为基础，建立了稀土电解过程的水模型物理试验平台，分别对几种不同阳极壁面倾斜角度工况下单气泡的生长过程进行试验，分析了电解过程中气泡脱离时间、气泡直径、滑移距离等参数的变化情况。结果表明，阳极壁面倾斜角度越大，气泡脱离时最大直径越大，脱离所需时间和滑移距离越大，越易造成阳极效应。关键词：3kA稀土电解槽；相似理论；水

2、模型；阳极壁面倾斜中图分类号：TF845文献标识码：A文章编号：1007-7545（2015）06-0000-00StudyonEffectofAnodeWallSlopesDownwardonBubbleLIUZhong-xing,HANWen-shuai,WUYong-fu,DONGYun-fang,JUYang（1.SchoolofEnergyandEnvironment,InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology,Baotou014010,China）Abstract:Watermodelphysic

3、sexperimentplatformofREelectrolyticprocesswasestablishedbasedonsimilaritytheorywith3kAneodymiumelectrolyticcellastheresearchobject.Growthofsinglebubblewasinvestigatedunderdifferentanodewalltiltangle.Timeofbubbledetachingfromanode,bubblediameter,andslidingdistancewereanalyzed.There

4、sultsshowthatthelargeranodewallslopeangleis,thebiggermaximumdiameterofbubblebreakingawayfromanodeis,thelongertimebubblespenttodetachfromanodeandthelargerslidingdistanceis.Anodeeffecttendstooccur.Keywords:3kArareearthelectrolyzer;similaritytheory;watermodel;anodewallslopes由于熔盐电解法具有

5、生产操作简便快捷、成本较低、持续工作时间长等特性，已成为电解制取稀土金属的主要方法[1-2]。对于稀土电解生产而言，熔盐电解槽内的电解质运动对电解生产的电流效率、槽体寿命有重要影响。影响电解质运动的因素主要是电磁力和阳极的气泡运动，其中气泡运动又是电解质运动的主要驱动力[3-5]。气泡在阳极表面生成过程的形状变化、脱离时间等都直接影响稀土金属的生产效率。因此研究不同工况下气泡变化对节能降耗十分必要。曹锋等[6]以3kA钕电解槽为研究对象，忽略气泡逸出上升过程中气泡之间的破碎、融合现象，模拟阳极气泡浓度分布情况，结果发现槽体横截面熔盐上部表面处浓度达到了最大

6、，纵截面方向阳极壁面附近气泡浓度最大，整体气泡分布呈上宽下窄的抛物线形。这种差异性必然导致阳极表面电化学反应进程不一致，与下部相比，上部气泡浓度大且分布范围较宽，高温熔盐对阳极的润湿差，电解质补充较慢，而阳极下部附近气泡浓度分布宽度较上部窄且低，反应中熔盐的润湿性明显较上部好。随电解槽的长时间运行，这种差异必然导致阳极下部化学反应速率较上部快，长时间反应会使阳极壁面向下倾斜一定的角度。实际生产时钕电解槽的工作温度可达1050℃，且伴随有高腐蚀，这种工作条件使电解过程气泡的研究变得尤其困难，甚至难以进行[7]。为研究实际电解过程阳极壁面向下倾斜时单个气泡的行

7、为变化，本文以3kA钕电解槽为研究对象、相似理论为基础，计算相关试验参数，建立了电解过程的水模拟物理试验平台，并用高速摄像机和ImagePro-Plus软件记录统计气泡各项数据。1水模型试验1.1研究对象传统3kA上插式稀土氧化物制钕电解槽的结构示意图如图1所示。收稿日期：2014-12-28基金项目：国家自然科学基金项目资助（51164025）；内蒙古自然科学基金项目（2011MS0703)作者简介：刘中兴（1963-），男，河北赵县人，博士，教授.图13kA稀土氧化物电解槽示意图Fig.1Sketchmapof3kAimmersionrareearth

8、electrolyticcell电解槽的尺寸参数和工艺参数[8]如