Динамика фаз и кинетика гетерогенных процессов при электролитическом получении легких металлов

• Автор: Яковлева, Ариадна Алексеевна
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 298 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ. II

ГЛАВА 1. СИСТЕМЫ ГАЗ ЖИДКОСТЬ ПРИ ЭЛЕКТРОЛИЗЕ

РАСПЛАВЛЕННЫХ СОЛЕЙ.

1.1 Возможность физического моделирования гетерогенного

взаимодействия на границе газжидкость

I 2 Диспергирование газовой фазы в зоне свободной конвекции

алюминиевого электролизера

1.2.1 Общая характеристика газогидродинамической обстановки в зоне свободной конвекции алюминиевого электролизера

1.2.2 Методика исследований

1.2.3 Описание способа обработки экспериментальных данных .

1.2.4 Полученные результаты и их обсуждение

1.2.5 Обобщенная характеристика газовых эмульсий в зоне свободной конвекции алюминиевого электролизера.
1.2.6 Выводы
1.3 Изучение распределения газожидкостных потоков в рабочем пространстве натриевого электролизера.
1.3.1 Общая характеристика электролиза расплавленного хлористого мафия
1.3.2 Описание экспериментальной установки.
1.3.3 Характеристика направлений газожидкостных потоков в рабочем пространстве натриевого электролизера
1.3.4 Результаты испытаний устройства для разделения анодного и катодного пространств в натриевом электролизере
1.3.5 Выводы
ГЛАВА 2. ИЗУЧЕНИЕ ДИНАМИКИ ПОДЪЕМА ГАЗОВЫХ ПУЗЫРЬКОВ
В ЖИДКОМ СЛОЕ АНОДНОЙ МАССЫ.
2.1. Анализ публикаций по процессам в анодах.
2.2 Скорость всплывания одиночного пузыря
2.3. Оценка условий моделирования движения газового
пузырька.
2.4 Тепловое подобие модели
2.5 Методика экспериментов.
2.6 Обоснование выбора диаметра капилляров.
2.7 Движение пузырька в модельной жидкости
2.8. Вывод обобщенног о критериального уравнения.
2.9 Выводы.
ГЛАВА 3. СИСТЕМЫ ЖИДКОСТЬ ЖИДКОСТЬ В РАБОЧЕМ ПРОСТРАНСТВЕ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА ПРИ ЭЛЕКТРОЛИЗЕ
РАСПЛАВЛЕННЫХ СОЛЕЙ.
3.1 Изучение динамики потоков электролита в схемах с горизонтальным расположением электродов.
3.1.1 Обзор работ по циркуляции электролита
3.1.2 Методическое обоснование работы.
3.1.3. Поля скоростей электролита.
3.1.4 Межполюсной зазор. .
3.1.5 Циркуляция сред в электролизерах
3.1.6 Выводы
3.2 Оценка возможности эмульгирования катодного металла.
3.2.1 Обзор публикаций по теме
3.2.2 Методическое обоснование эксперимента
3.2.3 Методика исследования свойств металлических эмульсий
3.2.4 Устойчивость расплавленных металлических эмульсий
3.2.5 Влияние скорости перемешивания на характер металлических эмульсий.
3.2.6 Влияние температуры на эмульгирование металла.
3.2.7 Влияние геометрических характеристик на процесс эмульгирования алюминия.
3.2.8 Вывод обобщенного критериального уравнения
3.2.9 Металлические эмульсии при электролизе хлорида натрия
3.2. Выводы.
ГЛАВА 4. СИСТЕМЫ ЖИДКОСТЬ ТВЕРДОЕ В АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРАХ.
4.1 Процессы теплообмена в алюминиевом электролизере.
4.1.1 Введение
4.1.2 Критерии подобия при конвективном теплообмене.
4.2 Изучение процессов теплообмена на моделях
4.2.1 Обоснование моделирования
4.2.2 Теплообмен в расплавленной смеси iI.
4.2.3 Теплообмен при охлаждении.
4.2.4 Методика обработки результатов экспериментов.
4.3 Результаты экспериментов при кристаллизации из расплавов и их обсуждение.
4.3.1 Влияние температуры расплава и расхода воздуха на толщину гарниссажа.
4.3.2 Характеристика условий возникновения новой фазы.
4.3.3 Влияние физикохимических свойств электролита и расходных характеристик охлаждающего потока на интенсивность теплообмена в условиях естественной конвекции
4.3.4 Вывод обобщенного критериального уравнения для теплообмена в расплавленных средах.
4.4 Результаты экспериментов по низкотемпературной кристаллизации и их обсуждение.
4.4.1 Влияние скорости омывающего потока на теплообмен на поверхности искусственно охлаждаемого элемента.
4.4.2 Зависимость теплообмена и кристаллизации от характера охлаждения теплообменного элемента.
4.4.3 Вывод обобщенного критериального уравнения.
4.5 Выводы
ГЛАВА 5 СИСТЕМЫ ЖИДКОСТЬТВЕРДОЕ ПРИ КРИСТАЛЛИЗА1Ц1И ТЕХНИЧЕСКОГО АЛЮМИНИЯ
5.1 Л итератур н ы й обзор
5.1.1 Анализ ситуации по рафинированию первичного алюминия
5.1.2 Общая характеристика метода направленной кристаллизации. .
5.1.3 Анализ работ по кристаллизационным методам рафинирования алюминия
5.2 Изучение особенностей рафинирования первичного алюминия направленной кристаллизацией . . о
5.2.1 Описание методических особенностей работы.
5.2.2 Тепловые режимы массобмена на поверхности кристалл и шора
5.2.3 Выбор оптимальных условий рафинирования.
5.2.4 Математическая модель кристаллизации .
5.2.5 Выводы.
ГЛАВА 6. КИНЕТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСТВОРЕНИЯ АЛЮМИНИЯ И ГАЛЛИЯ В РАСТВОРАХ СОЛЕЙ АЛЮМИНИЯ
6.1 Теоретическое введение
6.2 Кинетические закономерности растворения алюминия в рас торах его солеи
6.2.1 Методика исследований.
6.2.2 Кинетические кривые растворения алюминия в
сернокислых растворах.
6.2.3 Кинетические кривые растворения алюминия в солянокислых растворах.
6.2.4 Оценка достоверности полученных результатов
6.2.5 Нахождение кинетических параметров растворения алюминия в растворах собственных солей
6.2.6 Анализ полученных результатов.
6.2.7 Выводы
6.3 Кинетические закономерности растворения галлия в сернокислых растворах
6.3.1 Методика исследований.
6.3.2 Оценка достоверности полученных результатов.
6.3.3 Кинетические кривые растворения галлия
6.3.4 Нахождение кажущихся энергий активации растворения галлия .
6.3.5 Нахождение других кинетических параметров растворения галлия
6.3.6 Анализ полученных результатов.
6.3.7 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Согласно возможно моделирование отдельных, частных сторон процесса, что позволяет не принимать во внимание в своих исследованиях движение металла, действие магнитных и электрических сил и некоторые другие обстоятельства. Работа с неэлектрохимическими моделями имеет ряд преимуществ простота конструкции установки отсутствие агрессивных сред возможность применения в качестве рабочих жидкостей широкого круга веществ, в т. В формуле 1. Г скорость газового потока или удельный расход с размерностью мс. Г Н Аи Ж1 1. В указанном выражении произведение 0,5 Ил представляет половину площади графитовой пластины модельного анода, т е. Более удобна в использовании другая величина, характеризующая расход газа на единицу ширины потока на отметке кромки анода, т. Кроме таких технологических параметров как анодная плотность тока и выход по току, учитывали так же состав анодных газов. Р электричества образуется 0. СО и 0. СО . Соотношение СО и СО в анодных газах х изменяется в достаточно широком диапазоне и принято нами равным 0,. Тогда при выходе по току в на 1 Р электричества образуется при нормальных условиях 6, литров газа. При плотности тока Ам2с учетом соотношения Менделеева Клапейроналегко отыскать расход газа для модели, равный 0 нлчас. При таком расходе воздуха в воздушной камере модельного анода, где газовый поток распределяется равномерно по площади пористой перегородки, в модели электролизера будут наблюдаться явления, подобные промышленным. Была проведена серия экспериментов с анодными камерами длиной от 0,4 до 1, м. Следует отметить автоматическое изменение при этом длины ЗСК в наших условиях. В связи с изменением рабочей площади анода расход газа пересчитывали, как правило, придерживаясь постоянной плотности тока Ам2, однако часть экспериментов проведена при . Ц, сот. Водные растворы глицерина реактив марки ч выполняли роль расплавленного электролита изменение концентрации раствора обеспечивало различные показатели его плотности и вязкости, а изоамиловым спирт реактив марки ч давал возможность изменять поверхностное натяжение рабочих растворов. Как правило, диапазон изменяющихся параметров в экспериментах перекрывал диапазон соответствующих показателей алюминиевого электролизера табл. В ходе отработки методики исследования установили, что. ЗСК В примыкающей к аноду области газовый поток представляет собой устремленную вверх очень подвижную цепь крупных пузырей, охлопывающихся на поверхности. Аналогия этой картины в кипении жидкости. Иной представляется картина в отдаленных от анода областях Мелкие газовые включения диаметром до десятых и даже сотых миллиметра устойчиво движутся в потоках электролита. В результате в ЗСК образуются сложные гетерогенные системы, в частности по структуре и характерным особенностям системы газ электролит, которые могут быть отнесены к газовым эмульсиям ,1. Насыщение электролита дисперсными газовыми включениями кроме указанного факта участия в потерях определяет его газосодержанпс и тем самым влияет на его физические свойства тепло и электропроводность, структуру электролита, его плавкость, смачиваемость, растворимость глинозема, реологические свойства. ЗСК. В дальнейшем кинопленку просматривали У. Л
А
О 0. О.з 0. Рис. Ранее отмечен плоскостной тип ячейки, дающий незначительную толщину слоя газожидкостной эмульсии, поэтому эффект экранирования пузырьков друг другом практически отсутствовал. Подсчитывали количество газовых пузырьков в каждом контрольном квадрате во всем диапазоне размеров включений. Для обеспечения набора данных, необходимых для статистической обработки и получения надежных результатов, обычно просматривали до кадров, отстоящих друг о друга по времени на сек. В качестве количественных характеристик газожидкостной системы эмульсии рассматривали средний диаметр газовых включений концентрацию дисперсных частиц и суммарную удельную поверхность газовых пузырьков. Средний диаметр газовых пузырьков находили по модам на кривых распределения . Для нахождения суммарной удельной поверхности . VУ была разработана особая методика . Суть е сводится к следующему. V 2. Результаты вычислений привязывали к геометрическим центрам контрольных квадратов точка Л на рис.