電解金屬錳陽極振蕩機制及調控方法研究.pdf

1、作為不銹鋼的重要添加劑，金屬錳對國民工業(yè)經(jīng)濟具有重要意義。金屬錳主要通過濕法電解生產(chǎn)，但是生產(chǎn)過程能耗高、副產(chǎn)物多。在工業(yè)上，電解過程是在高濃度、高電流密度和敞開流動條件下進行的，遠離平衡態(tài)。前期研究發(fā)現(xiàn)，電解過程中存在電化學振蕩和分形生長等非線性現(xiàn)象。這些非線性現(xiàn)象會伴隨額外的電解能耗。通過對其非線性動力學機制的研究，有望開發(fā)出節(jié)能電解新技術。
　　電解金屬錳過程中金屬錳主要是在陰極還原生成，但是陽極過程在整體電解能耗中同樣占非

2、常大比例，并且陽極過程在以往的研究關注較少。本文著重關注電解錳陽極非線性動力學機制，研究首先考察了恒流條件下的陽極電化學振蕩行為，分析頻率、振幅等與外控因素的關系；然后，利用線性不穩(wěn)定性分析等數(shù)學方法建立了恒流條件下的陽極動力學方程組，探討了恒流條件下電勢振蕩產(chǎn)生的原因及閾值范圍；最后，研究了脈沖電解條件對電化學振蕩行為的影響，嘗試為新型電解技術研發(fā)提供新的思路。
　　本論文的主要研究內容包括：
　　①研究考察了恒流條件下的

3、陽極電化學振蕩行為。結果發(fā)現(xiàn)，引發(fā)電化學振蕩產(chǎn)生的主要原因是陽極表面δ-MnO2的自催化作用；不同材料陽極均可以產(chǎn)生明顯的振蕩，其頻率、振幅等與電解電壓、錳離子濃度、溫度、pH值等因素密切相關。恒流電解條件下的電勢振蕩可以導致電解能耗的降低，其振蕩部分的能耗可以占到整體電解能耗的11.57％。通過調節(jié)恒流條件下的陽極電勢振蕩，有望進一步降低電解體系的非歐姆效應功率消耗。
　?、谘芯拷⒘撕懔鳁l件下的陽極動力學方程組，探討了電勢振蕩

4、產(chǎn)生的原因及閾值范圍。結果發(fā)現(xiàn)，恒流條件下動力學速率參數(shù)會隨電勢的波動而變化，從而導致非線性動力學微分方程組與恒壓條件不同；結合線性不穩(wěn)定性分析及Matlab運算，探討了方程組解的不穩(wěn)定性與振蕩行為的理論關聯(lián)，給出了陽極振蕩的閾值范圍；模擬所得電勢-時間振蕩曲線與實驗數(shù)據(jù)相符，證明了機理的合理性，從而為指導振蕩機制的動力學調控提供了定量分析的基礎。
　?、垩芯靠疾炝送饪孛}沖電流電解條件對電化學自振蕩的影響。結果發(fā)現(xiàn)，外控脈沖的平均