金属锰电解过程复杂影响因素的数值模拟方法研究

项目名称： 金属锰电解过程复杂影响因素的数值模拟方法研究

项目编号： No.51304178

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 矿业工程

项目作者： 徐夫元

作者单位： 中国环境科学研究院

项目金额： 25万元

中文摘要： 金属锰电解是一个多场耦合、多因素交织的复杂电化学过程，数值模拟是研究电解过程机理的有效方法，数值模拟在金属锰电解中的应用研究尚未开展。本项目拟采用数值模拟方法研究金属锰电解过程。主要内容包括：（1）研究阴阳极气泡存在下电解液的水力学特性及多离子的输运过程，分析流场及气泡的空间分布规律，及其对水力学与离子输运的影响，构建符合实际情况的气液两相流及多离子输运方程模型；（2）研究阴阳极电极反应的热力学及电极过程动力学，剖析过程控制步骤，分析电解电压构成，构建电化学反应机理模型；（3）构建多离子输运与电化学反应耦合的数学模型，通过有限元法进行数值求解，获得不同电解条件及不同电解槽参数下的锰电沉积电流密度（jMn）分布及电流效率（η）与电耗（P）；（4）分析各因素对jMn分布、η及P的影响规律及机制，优化电解条件及电解槽结构参数。本研究将拓宽数值模拟的应用范围，丰富电解锰行业的研究手段和方法。

中文关键词： 电解锰；模型；电流效率；流体力学；数值模拟

英文摘要： Metallic Manganese electrolysis is a complex electrochemical process with coupled multi-field and mixed multi-factor. Numerical simulation is an effective method for investigation of the electrolysis process mechanism. However, research of numerical simulation applied in the electrolytic manganese haven't been conducted. This project aims to investigate the manganese electrolysis process by the numerical simulation method. The main contents include: (1) study on the hydraulic properties and transport process of multi-ion in the electrolyte udner the existence of bubbles from cathode and anode, analysis of the spatial distribution rule of flow field and bubbles and their influences on the hydraulics and ion transfer, fabrication of equation models of gas-liquid two-phase flow and multiple ion transport; (2) study on the anodic and cathodic reaction thermodynamics and kinetics of electrode process, analysis of the process controlling procedures and the electrolytic voltage components, construction of electrochemical reaction mechanism model; (3) construction of a mathematical model coupled of ion transport to electrochemical reaction, solving the model by numerical finite element method, obtaining the manganese electrodeposition current density (jMn) distribution and current efficiency （η）and energy consumption （

英文关键词： Electrolytic manganese；model；current efficiency；fluid dynamics；numerical simulation