DSA阳极锌电沉积槽内部流场的数值模拟*

吴允苗，王 娜

(泉州师范学院化工与材料学院，福建 泉州 362000)

金属氧化物涂层电极是指在以钛为基体的表面涂上金属氧化物的电极，简称DSA阳极(Dimensionally Stable Anode，即尺寸形状稳定型阳极)，目前在湿法冶金的电解提取金属、化工、环保、有机电合成、阴极保护等领域得到广泛应用[1-11]。但目前DSA阳极还很少应用在锌电积上，主要原因是锌电沉积机理复杂，锌电沉积过程涉及电沉积液在电沉积槽中的电积液的流动、物质传热、扩散和导电等，多种物理场以及多种电化学反应和杂质间的化学反应，DSA阳极质量不稳定性，这些都增加了研究DSA阳极对锌电沉积影响的难度。本工作针对DSA阳极锌电沉积槽内部流场进行数值模拟，从速度场的分布、析出厚度和电流能耗三个方面进行分析，可为积电沉积过程的研究提供一定的理论依据。

1 建立模型与数值模拟

在DSA阳极锌电沉积槽中，电沉积液通过进液管流入电沉积槽中，电沉积槽内包括两对交替放置的阴阳极板，利用COMSOL软件建立有限元模型。DSA阳极锌电沉积槽模型图如图1所示。

图1 DSA阳极锌电沉积槽模型图

针对DSA阳极锌电沉积槽设置其基本参数，如表1所示。

表1 DSA阳极锌电沉积槽基本参数

电沉积槽中的电沉积液运动对锌电积过程有着显著的影响，因此需要对电沉积槽内的流场进行研究。流场中要保持质量守恒和动量守恒，通常用连续性方程来表示质量守恒，纳维-斯托克斯方程表示动量守恒。本工作从以下三个方面对物理场模型进行简化：