低能耗熔盐电解金属锂电解槽的开发及研究

近年来，金属锂在全固态锂电池、铝锂合金制备中发挥着不可替代的价值，但金属锂生产成本仍然是生产企业需要解决的问题。因此，本文从降低能耗角度优化生产工艺及设备角度利用Solid Works三维建模电解槽结构，以及 ANSYS仿真模拟软件对电解槽进行热场模拟及计算，得出最优设计方案。其生产电解效率可达到91%，能耗在35kWh/kg以下，抽氯和集锂装置可以自动运行，抽出氯气浓度90%，集锂效率可达到80%以上，且出锂量较为稳定。该设备可以更好的投入产业化生产，满足企业降低生产成本的需要，促进熔盐电解金属锂行业的发展。     

6 kA镨钕电解槽不同阴极直径下的 电热场耦合模拟

以6kA镨钕电解槽为研究对象,运用多物理场有限元分析软件COMSOL对不同阴极直径下的6kA镨钕电解槽电解过程进行电热场耦合数值模拟,分析阴极直径对槽内电热场的影响。结果表明,随着阴极直径的改变,电解槽内的电场与温度场均发生变化并且相互影响,结合实际生产经验和模拟仿真研究,认为阴极直径为80mm时,可使6kA镨钕电解槽产生足够电解反应发生的焦耳热,电解效率良好。     

60kA工业铝电解槽电流效率的研究

在60KA的自焙阳极电解槽上，借助于阳极气体分析法，赢得电解槽的瞬时电流效率．与此同时，同步测定电解槽的温度、铝水平、炉底电压降和槽龄，用统计法处理大量实测数据．研究电解温度、铝水平、炉底电压降和相龄对电流效率的影响．     

硫化钠溶液电解氧化产生多硫化物的研究

报道了直接电解硫化钠水溶液水产生多硫化物溶液的研究,电解槽采用阳离子隔膜分为阳极与阴极室,阳极液为Ｎａ２Ｓ水溶液,阴极液为ＮａＯＨ水溶液（１ｍｏｌ／ｄｍ＾３）分析了影响电解槽槽电压各成分的分布情况,结果表明,电解温度在６１℃时,槽电压可控制在０．９～１．２Ｖ之间,电流密度２０～３０ｍＡ／ｃｍ＾２之间,阳极过电位在０．４Ｖ以下,研究了电解温度,电解时间,硫化钠溶液浓度及电流密度对多硫化物生成效率的影     

铝电解槽中气泡行为的可视化研究现状与进展

铝电解过程阳极气泡的生长机理、运动规律及对电解质运动的影响对电解槽的稳定运行有非常重要的作用。研究铝电解槽阳极气泡,最重要的是能够直接观察到阳极气泡的生长和运动规律。为了实现电解槽中气泡行为的可视化,目前国内外学者建立了各种模型来研究电解过程中气泡的特性,其中主要的研究模型为室温水模型、低温电解模型、高温电解模型和数值模拟模型。本文对这四种模型的研究现状进行了分析,展望了其发展前景。     

不同电解温度下 NiFe2 O4基金属陶瓷惰性阳极的熔盐腐蚀行为

采用等静压气氛烧结法制备NiFe2O4基金属陶瓷惰性阳极,在不同温度下进行电解试验,通过分析电解试样的表层形貌及组织成分,研究电解温度对NiFe2O4基金属陶瓷腐蚀的影响,并对其熔盐腐蚀行为进行探讨.研究结果表明:较高温度有利于电解稳定性的提高及表面致密保护层的形成,在925℃和960℃电解温度下阳极较为稳定,槽电压维持在3.0~4.0V之间;在880℃电解温度下阳极出现肿胀和开裂,槽电压异常升高,Al2O3的溶解度较低,抑制了阳极与电解质熔体(尤其是Al2O3)的交互作用,降低了材料的耐蚀性能.     

工业铝电解电流效率的数学模型

在大型预焙阳极电解槽上测量阳极气体中CO_2含量,并根据阳极气体中的CO_2含量与电流效率的关系,建立了铝电解槽电流效率与电解槽各种操作参数之间关系的数学模型。讨论了电解温度、Al_2O_3浓度、添加剂MgF_2 CaF_2含量以及电解质分子比对工业铝电解槽电流效率的影响。本文还对现在的铝电解生产提出几点建议。     

SiO2熔盐电解制备单质Si过程热力学分析

熔盐电解SiO_2制备单质Si过程中,电解温度、气体分压对SiO_2的电解还原反应具有显著影响。热力学计算结果表明,在阴极电脱氧过程中SiO_2的稳定性差,容易被电解还原生成单质Si,而中间产物CaSiO_3稳定性好,其进一步电解还原相对困难。升高温度有利于降低SiO_2和CaSiO_3的电脱氧反应的吉布斯自由能和分解电压。当以石墨为阳极时,气体组成包括CO和CO_2,且各电解反应的分解电压随着气体分压的增大而降低,有利于电解反应的正向进行。     

SiO2的熔盐电解还原反应热力学分析

熔盐电解SiO2制备单质Si过程中,电解温度、气体分压对SiO2的电解还原反应具有显著影响。热力学计算结果表明,在阴极电脱氧过程中SiO2的稳定性差,能够容易被电解还原生成单质Si,而中间产物CaSiO3稳定性好,其进一步电解还原相对困难。升高温度有利于降低SiO2和CaSiO3的电脱氧反应吉布斯自由能和分解电压。当以石墨为阳极时,气体组成包括CO和CO2,且各电解反应的分解电压随着气体分压的增大而降低,有利于电解反应的正向进行。     

用低熔点电解质进行电解的研究

在实验室铝电解槽上使用低熔点电解质(20%氟化铝,3%氟化锂,4%氟化钙和4%Al_2O_3)电解测定电流效率。测定结果表明:铝电解槽的电流效率会随着电解温度的降低而升高。使用低熔点电解质所遇到的问题是,阴极过电压升高,和较早地发生阳极效应,并在槽底易生成沉淀,其主要原因是由于在小型实验室电解槽中电解质熔体的循环状况较差。     

低温铝电解用Cu-Ni-Cr 金属阳极性能研究

采用熔炼法制备Cu-25Ni-10Cr 铝电解金属阳极, 并进行氧化实验和电解实验研究。结果表明, 合金阳极在空气中的氧化动力学曲线遵循抛物线变化规律, 而在纯的氧气中的氧化动力学曲线偏离了抛物线规则。电解极化条件下的腐蚀结果与不同的试验条件相关。在不同温度、阳极电流密度和氧化铝浓度条件下, 于组成为NaF-AlF₃-NaCl-CaF₂-Al₂O₃ 的电解质体系中电解, 结果显示电解极化腐蚀的速率随电解质中氧化铝浓度的增高而减小, 随温度的增高而增大。电解过程运行平稳, 该阳极周围产生大量气泡, 电解平稳时, 槽电压在4.0～4.6 V 之间波动。低温铝电解能够发挥金属阳极的优越性。     

铝电解过程阳极气泡的析出行为

铝电解过程阳极生成的气泡在排放过程中的运动带动电解质的流动，其流动行为影响氧化铝的溶解和金属的二次反应，对电解过程影响较大。采用透明槽进行铝电解实验，用高速照相机和摄像机记录电解过程中的气泡行为并进行分析。结果表明，气泡的生成分为两个阶段：第一个阶段为气泡在阳极底部的生长，第二个阶段为气泡脱离阳极底部在电解质中上升。在阳极电流密度0.7 A/cm2下电解，在气泡生长阶段阳极底部气泡层的最大厚度为0.4 cm，气泡生长到最大需要的时间为12 s，气泡脱离阳极底部在电解质中上升需要的时间为0.27 s。整个电解过程，阳极侧部小气泡不断长大、逸出，采用Matlab数学处理软件，用直方图均衡化方法处理摄像机拍摄的实验图像，可获得阳极侧壁的气泡的生成的清晰图像，用于深入观察和分析气泡的析出行为。     

电解质过热度对铝电解生产影响评述

阐述了电解质过热度在铝电解生产中的重要作用, 分析了电解质过热度与电解槽物理场、电解生产中的电流效率以及与电解槽寿命的关系, 结果表明, 电解质过热度对阴阳极电流分布的影响不大, 但其直接影响电流效率和电解槽寿命。提出了低过热度管理铝电解槽的技术思路。     

Anode effects in electrowinning

In traditional electrowinning operations, metal particles from commercial insoluble anodes flake off the immersed surfaces under high current densities and thus become occluded on the adjacent cathode surface thereby impairing the cathode product quality and market grade. This results in an undersirable physical appearance of the cathode due to irregular protrusions which impede subsequent material handling operations such as packaging, weighing and shipping. The paper serves to highlight the existing problems inherent with permanent anodes and suggests possible areas for further research and development studies.At present, permanent anodes are employed in the worldwide electrolytic industry for the recovery of base metals such as copper, nickel, cobalt, and zinc while smaller scale operations exist to recover precious metals such as gold and silver from leach solutions. The coupling of solvent extraction with electrowinning technology (SX-EW) is now a widespread practice. Unfortunately, the usage of permanent anodes has the disadvantages of ongoing maintenance costs to clean the anode surfaces and refurbish the wetted area, results in lower anode useful life, the expense of anode replacement, lower current efficiency, higher power consumption as compared to electrorefining, and inferior cathode quality which becomes contaminated due to deterioration of the metal or metal alloy used to fabricate the insoluble anodes.Apart from improvements in productivity and cathode product quality, and lower labour requirements, the driving force to remedy present electrowinning performance is mainly a reduction in energy. Another associated problem area is the usage of mother blanks fabricated from either aluminum, copper, titanium, or stainless steel as employed to enable full deposit stripping. It is recognized that the construction of the different hanger bars used to support both permanent anodes and mother blanks presents another problem area for study which is addressed within the paper. The writers advocate investigations to improve non-ferrous metal stripping practice, increase current efficiency and extend the useful life of permanent electrodes. The anticipated improvement in full plate cathode chemical and physical quality will benefit downstream operations such as copper wirerod production and subsequent fine wire drawing.     

铝电解槽炭质固体废弃物综合利用进展

铝电解槽中产生的炭质固体废弃物属于有毒有害废弃物,废阳极炭粒和废阴极炭块的处理技术已成为近些年研究热点。依据国内外研究进展,笔者针对不同炭质固体废弃物的组成,采取与之相应的处理手段以除去有害组分,并回收有价组分。在了解废旧阳极炭粒和废旧阴极炭块的基础上,简述了国内外目前处理铝电解槽炭质固体废弃物的主要方法,可归纳为焙烧法、鼓泡流化床法、碱熔法、真空冶炼法、浮选法、浸出法、高温法和安全填埋法,简述其中具有代表性的处理工艺及其优缺点,并做出了总结与展望。      

纳米Si粉在高容量锂离子电池负极中的应用研究

通过感应等离子体蒸发凝聚法制备纳米Si粉,以葡萄糖为有机碳源,经高温碳化将纳米Si粉钉扎在石墨载体表面制备出Si/C复合负极材料,采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(0FESEM)和电化学性能测试等对比分析了纳米Si粉、石墨载体和Si/C复合负极材料的结构和性能。结果表明,纳米Si粉作为锂离子电池负极材料首次放电容量和可逆充电容量分别为3 519.4 m Ah/g和2 063.7m Ah/g,但是首次效率只有58.6%,且循环寿命差,Si/C复合负极材料能够有效缓冲纳米Si粉的体积变化,发挥较高的可逆储锂容量,提高循环寿命,但是需进一步改善首次效率。     

银电解精炼工艺的研究

研究了筐装银阳极电解工艺条件及其对电流效率和直流电耗的影响，提出了确定电解周期的新观点．对含银９９％（质量分数）以上的各种银屑、小碎银块和银粉，不需熔铸成标准阳极，可直接加入篮筐中进行电解．本工艺为银的二次资源回收和二次电解精炼制取高纯银粉提供了一条行之有效的途径．     

惰性TiB2阴极在低温铝电解中的应用

在实验室100ATiB2阴极的垂直排铝式电解槽上进行电解,所用电解质分子比为1．5～2．2,电解温度为800～935℃,电解得到金属铝并且电流效率为82．0％～88．3％,直流电耗为11．54～12．05kW·h／kg铝,在TiB2阴极上未发现固体结壳．实验表明：由于使用TiB2阴极,并改变电解槽结构,改善了电解质的循环,既消除了低温电解时的阴极结壳,又可通过降低极距补偿了低分子比电解质的电导率下降。     

使用半石墨化阴极炭块时铝电解槽内衬温度分布计算

铝电解槽内衬温度分布的合理与否，直接关系到铝电解生产的操作指标及铝电解槽寿命的长短。使用半石墨化阴极炭块后，由于炭块的电阻率降低、导热系数增大，对电解槽温度分布有很大影响。本文用有限差分法计算了使用半石墨化阴极炭块及内树材料改进后的温度分布情况。计算结果表明，使用半石墨化阴极炭块后，炭块端部的保温显得更为重要，靠近槽壳铺—层硅酸钙保温板是行之有效的措施。