電解製錬の高度化：３次電流分布モデリングに基づく電析形状制御と生産性向上

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電解製錬プロセスの高度化に向けて、本研究ではカソード上にみられるコブ状の異常析出物（ノジュール）を抑制する対流制御法の提案を目指す。本年度は、自然対流下でのコブ状析出物の形成メカニズムを解明すべく研究を進めた。特に、電気泳動や拡散、対流によるイオン輸送を考慮した「３次電流分布」の数値シミュレーションを行い、銅電解系における自然対流、電流分布およびイオン濃度分布の解析手法を確立した。カソード上にコブ状析出物を設けた形状モデルを用いてシミュレーションを行った結果、コブの上方に自然対流の定常渦が現れることが明らかとなった。３次電流分布に加えて粒子の運動を解析モデルに組み込み、自然対流下におけるスライム粒子の輸送挙動を評価した。コブ状析出物の周辺では、自然対流の渦に沿ってスライム粒子が循環運動を繰り返す様子が確認され、ここからコブ状析出物はスライム粒子を積極的に取り込みながら成長していることが示唆された。実際の操業現場より回収されたコブ状析出物を観察、分析したところ、粒子の取り込みとそれを起点とした３次元的な成長がコブの上面で優先的に起こっていることがわかった。これらの結果をもとに、スライム粒子の連続的な輸送と取り込みによるコブ状析出物の成長メカニズムを提案した。本研究成果の意義は、コブ状析出物の抑制に向けたコブ形成過程の基礎的知見を獲得したことに加え、今後の対流活用に向けた解析基盤を構築した点にある。