氯化物熔盐电解槽电热场模拟分析

氯化物熔盐电解槽在电解过程中受温度影响很大,有必要对电解槽中的电热场进行分析计算。利用COMSOL软件建立三维氯化物熔盐电解槽电热场模型,得到槽内电势和温度分布,分析电解槽的热平衡,在热平衡的基础上,计算电解槽结构参数对电热场的影响,并推导出放大方程。计算表明,缩短阴阳极间距,增大阴极高度、阴极半径、阳极半径及电解质液面高度可以在热平衡的条件下提高电流强度,依据无因次关系式可进行结构优化设计或电解槽放大设计而不需要复杂的建模,可以节省计算资源。     

氯化物熔盐电解槽磁场模拟

氯化物熔盐电解槽内部磁场的稳定对电流效率的提升非常重要。以50 kA氯化物熔盐电解槽为研究对象，运用有限元软件COMSOL建立电解槽三维电磁场模型，模拟了50 kA电解槽不同平面x、y、z三个方向的磁场强度和电磁力分布特点，重点研究工艺参数对磁场强度和电磁力分布的影响。结果表明，电流增加，每个平面的磁场强度和电磁力均增加，且增幅相同；降低极距、增加电解质液面高度、增加阳极半径均会使磁场强度最大值和电磁力最大值增加。     

稀土电解槽三维电场和温度场的分析研究

以6 kA稀土熔盐电解槽为研究对象,采用COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件,建立稀土熔盐电解槽三维电场和温度场的数学模型进行计算和分析。分析得出:稀土熔盐电解槽内电场分布以阴极与阳极之间电势梯度最大,电势线较为密集;温度场以阴极和阳极中间区域为主要发热区,说明电解发生区域主要集中在阴极与阳极中间。     

稀土熔盐电解中电解槽温度分布测定

针对熔盐电解制备稀土中间合金过程中电解温度对合金组成的影响很大，通过不同阴极电流密度和电解电流条件对电解槽温度分布的测定，得到了氯化物熔盐电解制备富钇－镍稀土中间合金中电解槽熔体温度分布曲线，对指导生产具有一定的意义。     

10kA底部阴极稀土电解槽的电场仿真

针对上插阴阳极式稀土电解槽存在结构缺陷、耗能大、生产效率低等问题,设计了一种10kA底部阴极稀土电解槽,利用ANSYS仿真软件研究了电解槽阴极半径和阴阳极距变化对电解槽电场的影响,以及对电解槽熔体电位的影响。结果表明:电解槽的阴极半径在65~70cm之间、极距在14cm以下时,电位等势线平行分布,电流线分布均匀,反应区热量均匀,有利于生产效率提高和能耗降低,电解槽设计合理。研究结果可作为此类型电解槽结构优化设计参考依据。     

基于电热场平衡锂电解强化研究

利用有限元法建立了三维锂电解槽电热场仿真模型,考察了电解槽结构参数对电热场的影响。结果表明,缩短阴阳极间距(ACD),增加阳极半径(Ar)、阴极厚度(Ct)及阴极高度(Ch)均可以在保持能量平衡的前提下提高电解槽的电流强度。对上述参数进行无量纲化研究,得到了方程:CI=30000×(ACD/40)~(-0.24519)×(Ar/150)~(0.79291)×(Ct/225)~(0.09835)×(Ch/700)~(0.37953),对于电解槽的放大设计,可以根据上述方程,不对电解槽进行复杂的建模计算,进而节省资源,提高效率。     

镁电解槽内流动的冷模实验研究

室温下,在有机玻璃容器中以水、硅油和氩气建立冷模实验体系,研究高温下镁电解槽内氯化物熔盐、液镁及高温氯气的流动特性。按照相似性准则,有机玻璃容器的尺寸设计为工业电解槽的1/5;根据氯气析出速度调节氩气流速;根据动力学黏度以及密度关系(1ρ-2ρ)/(1ρ+2ρ)选择硅油和水模拟高温熔盐和液态镁。在冷模实验中,详细考察了电解槽的几何参数和物性对电流效率以及镁收集率的影响,发现随着阴极高度的增大,电流效率降低;镁收集率随气泡尺寸变化不大,但随着气体流速增大而增大。     

电流密度对稀土熔盐电解影响的探讨

分析探讨了阳极电流密度、阴极电流密度以及体电流密度对稀土氟化物体系熔盐电解槽运行效果的影响，确定了合理的电解槽电流密度参数范围。     

镝铁阴极电蚀对稀土电解槽的电解特性影响分析

随着稀土熔盐电解槽电解过程的进行,阴极形状会随着时间的推移发生电腐蚀,电解槽底部阴极锥角α不断增大,对电解效率与热场产生了一定影响.以越南镝铁阴极稀土电解槽为研究对象,利用COMSOL多物理场耦合软件,计算了稀土电解槽中阴极不同电解阶段不同阴极形状的电解特性参数,得到了电解槽中不同阴极锥角α值与最大电流密度关系曲线图,并分析了电解槽内阴极电蚀对整个电解反应过程的影响,为电解槽的后期维护提供了参考依据.      

镝铁阴极电蚀对稀土电解槽电解特性的影响

随着稀土熔盐电解槽电解过程的进行,阴极形状会随着时间的推移发生电腐蚀,电解槽底部阴极锥角α不断增大,对电解效率与热场产生了一定影响.以越南镝铁阴极稀土电解槽为研究对象,利用COMSOL多物理场耦合软件,计算了稀土电解槽中阴极不同电解阶段不同阴极形状的电解特性参数,得到了电解槽中不同阴极锥角α值与最大电流密度关系曲线图,并分析了电解槽内阴极电蚀对整个电解反应过程的影响,为电解槽的后期维护提供了参考依据.     

氟化物体系熔盐电解制备YNi合金

以Y2O3为电解原料,以金属镍棒为自耗阴极、石墨板为阳极,在常规的石墨电解槽中采用氟化物体系熔盐电解法制备了YNi合金.研究了电解时间、电解温度、电解质组成、阴极电流密度等主要技术参数对电解过程的影响,并对所制备的钇镍合金进行了表征.结果表明,熔盐电解制备钇镍合金的较优工艺条件为:电解温度1000℃,电解质YF3与Li...     

Use of Molten Salt Fluxes and Cathodic Protection for Preventing the Oxidation of Titanium at Elevated Temperatures

The current study demonstrates that it is possible to protect both solid and liquid titanium and titanium alloys from attack from air by cathodically polarizing the titanium component using an electro-active high-temperature molten salt flux and a moderate polarization potential. The electrolytic cell used comprises a cathode of either solid titanium or liquid titanium alloy, an electrolyte based on molten calcium chloride or fluoride salt, and an anode consisting of an inert oxygen-evolving material such as iridium metal. The new approach renders possible the processing of titanium at elevated temperatures in the presence of oxygen-containing atmospheres.     

Electrochemical Characterization of a Solid Oxide Membrane Electrolyzer for Production of High-Purity Hydrogen

A laboratory-scale solid oxide membrane (SOM) steam electrolyzer that can potentially use energy value in waste or any source of carbon or hydrocarbon to produce high-purity hydrogen has been fabricated and evaluated. The SOM electrolyzer comprises an oxygen-ion-conducting yttria-stabilized zirconia (YSZ) electrolyte with a Ni-YSZ cermet cathode coated on one side and liquid-metal anode on the other side. The SOM electrolyzer is operated at 1000 °C by providing a steam-rich gas feed to the Ni-YSZ cermet cathode and feeding a reductant source into the liquid-metal anode. The steam is reduced over the cathode, and oxygen ions are transported through the YSZ electrolyte and are oxidized at the molten metal electrode by the reductant feed. The advantage of SOM electrolyzer over the state-of-the-art solid oxide electrolyzer is its ability to use solid, liquid, and gaseous reductant feed in the liquid-metal anode to reduce the oxygen chemical potential and drive the reaction for hydrogen production. In this study, an electrochemical process model for a SOM electrolyzer was developed. The condition of the liquid-metal anode with reductant was simulated by bubbling humidified hydrogen (3 pct H₂O) in the liquid metal, and the electrochemical performance of the SOM electrolyzer was modeled. The experimental data were curve-fitted into the model to identify the various polarization losses. It showed that the performance of the SOM electrolyzer was dominated by the ohmic resistance of the YSZ membrane. Based on the results of this study, future work is needed toward increasing the performance efficiency of the SOM electrolyzer.     

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.     

熔盐电解法制备硼粉的研究

研究了在KCl-KBF4体系和KCl-KBF4-B2O3体系中熔盐电解法制备硼粉的工艺条件。对KCl-KBF4体系采用正交试验法研究了熔盐配比、温度、阴极电流密度和电解时间对硼粉纯度及电流效率的影响,得到的最佳实验条件为:KCl∶KBF4为5∶1,温度750℃,阴极电流密度1.5A.cm-2,电解时间3h。该条件下能得到纯度95%以上的球形非晶态硼粉,电流效率可达到80%以上。KCl-KBF4-B2O3体系熔盐电解得到超细球形硼粉,但电流效率低,产品难以收集,杂质含量较高。     

电解法制备高纯钛的研究

以海绵钛为可溶阳极,纯钛板为阴极,NaCl-KCl-TiClx混合熔盐作电解质,在900～980℃温度范围内进行熔盐电解,研究了加料温度、电解温度、可溶钛浓度以及阴极电流密度等因素对阴极产品杂质含量的影响。结果表明,在较高温度下加料并电解可获得杂质含量低的产品,通过控制可溶钛浓度和阴极电流密度可获得不同形貌和纯度的阴极产品。     

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。     

含钛废渣熔盐电脱氧法制备钛铁合金

以泡沫镍包裹含钛废渣和Fe₂O₃混合物为阴极,碳棒为阳极,在900 ℃、3.1 V、CaCl₂熔盐电解质中,采用熔盐电脱氧法制备钛铁合金,重点考查阴极成型压力对微观形貌及电解效果的影响。结果表明,烧结后阴极片孔隙率随着成型压力的增加而减小,当成型压力为2 MPa时,烧结后阴极片孔隙率为39.5%,具有良好的电化学活性,电解产物颗粒尺寸均匀、氧含量低、呈明显海绵态,产物主要为FeTi和少量Fe₂Ti;随着成型压力的增加,电解产物逐渐致密化,发生脱氧反应的三相界面降低,阴极内部的氧离子迁移受阻,导致电脱氧效果变差,产物中出现TiO。电解初期电流迅速下降,20 min后趋于平缓,150 min后出现增加的趋势。