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

电解熔炼的进步：基于三次电流分布模型的沉积形状控制和生产率提高

基本信息

批准号：
22KJ1850
负责人：
宮本真之
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1850/
关键词：
電解精製数値シミュレーション対流電析形態

项目摘要

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。

为了进步电解冶炼过程，该研究旨在提出一种对流控制方法，该方法抑制阴极上发现的异常凸起的沉淀（结节）。今年，我们进行了研究，以阐明在自然对流下形成类似凸起的沉淀的机理。特别是，已经建立了由于电泳，扩散和对流引起的离子传输的“三级电流分布”的数值模拟，以分析铜电解系统中的自然对流，电流分布和离子浓度分布。使用形状模型进行了模拟，其中在阴极上提供了凸起的沉淀物，并发现自然对流的稳态涡流出现在土墩上方。除了三级电流分布外，还将粒子运动纳入分析模型中，以评估自然对流下粘液颗粒的运输行为。在凸起的沉淀物周围，已经证实，粘液颗粒沿着自然对流的涡流反复循环，这表明凸起的沉淀物正在生长，同时积极地融合了粘液颗粒。当我们观察并分析从实际操作位点回收的凸起样沉淀物时，我们发现颗粒掺入和三维生长从它们开始优先发生在凸起的顶部。基于这些结果，我们提出了一种通过连续运输和粘液颗粒的吸收来生长鹅卵石沉淀物的机制。这项研究结果的重要性是，除了获得有关形成颠簸以抑制凸起的沉淀过程的基础知识外，它还为未来对流利用率建立了分析基础。