基于电接触模型的锌电积用阳极电场分布仿真计算①

黎红兵， 蒋良兴

(1.长沙矿冶研究院有限责任公司,湖南 长沙410012； 2.中南大学 冶金与环境学院,湖南 长沙410083)

锌电积是锌湿法冶炼过程中的关键步骤之一,其能耗占整个冶炼过程能耗的80%以上。 对锌电积过程进行电、热、磁、流等物理场的计算机仿真,并根据计算结果指导设备改进和工艺优化,有助于获得较优的物理场分布从而达到节能降耗的目的［1-3］。 锌电积过程的模拟计算是电场、流场以及磁场等多物理场的耦合,其中准确地获得电场分布是计算其他物理场分布的重要前提。

在锌电积过程中阳极电压降由两部分组成:一是阳极材料本身产生的欧姆电压降；二是在阳极界面处因化学反应产生的过电位。 目前报道的电解过程电场模拟计算模型主要有一次电场分布模型和二次电场分布模型,其中一次电场分布模型模拟计算时只考虑电极本身的电压降而忽略了电极表面发生化学反应产生的过电位［4-5］,与实际生产偏离度较大［6-7］。 基于此,本文以锌电积槽为研究对象,提出了一个优化的仿真计算模型,通过在反应界面引入电接触模型的方法来近似模拟电化学反应对阳极电场分布的影响,并使用有限元分析软件ANSYS 12.0 进行电场仿真。

1 模型的建立与求解

1.1 物理模型

取锌电积槽的一个电解单元为研究对象,其截面示意图如图1 所示,正中间为Pb-Ag 阳极(975 mm ×620 mm×6 mm),两边为与阳极平行且距离相等的Al阴极,阳极高度略小于阴极且阴阳极顶面处于同一水平,阴阳极之间则填充电解质。……