بخشی از مقاله
چکیده
الکترووینینگ مس فرآیند بدست آوردن مس با خلوص بالا از محلول اسیدی الکترولیت در حضور ناخالصی هاست. در این مطالعه یک شبیه سازی سه بعدی، پایدار و دو فازی - مایع - گاز - انجام شده است. معادلات حاکم بر جریان بر اساس دیدگاه اولرین - اولرین حل شده اند. برای پیدا کردن توزیع مومنتوم نیروهای شناوری، درگ، پراکندگی توربالنت و شناوری مرتبط با غلظت در نظر گرفته شده اند. برای پیدا کردن توزیع غلظت مس معادله انتقال ذرات یون مس در محلول حل شده است.
از شبکه محاسباتی با المان های بسیار کوچک نزدیک الکترودها جهت پیدا کردن ضخامت لایه مرزی، تغییرات غلظت و سرعت در این ناحیه استفاده شده است. نتایج شبیه سازی برای توزیع غلظت تطابق خوبی با داده های تجربی اندازه گیری شده در واحد الکترووینینگ مجتمع مس سرچشمه دارد. لایه مرزی غلظتی نزدیک کاتد ضخامتی حدود 500 میکرومتر دارد و به دلیل تخلیه الکترولیت از یون های مس و سبک تر شدن محلول در این ناحیه جریان رو به بالایی ایجاد می شود. نزدیک آند به واسطه تولید حباب های اکسیژن جریانی رو به بالا و در ناحیه ی میانی سلول به دلیل چرخش الکترولیت جریان رو به پایینی ایجاد می شود.
کلمات کلیدی : الکترووینینگ، دینامیک سیالات محاسباتی، شبیه سازی، لایه مرزی غلظتی
مقدمه
تعداد محدودی مدلCFD به بررسی هیدرودینامیک فرآیند الکترووینینگ و توزیع سرعت و غلظت در این فرآیند پرداخته اند. ولی هیچ کدامشان تغییرات غلظت و سرعت در ناحیه لایه مرزی غلظتی را بررسی نکرده اند. در سال 2002 با استفاده از شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی به بررسی لایه مرزی نفوذ، دانسیته جریان الکتریکی محدود و توزیع غلظت مس نزدیک کاتد به صورت تابعی از فاصله از پایین کاتد در فرآیند الکترولیز پرداختند. آنها جابه جایی طبیعی و جابه جایی اجباری ناشی از حرکت الکترولیت را به ترتیب با در نظر گرفتن ترم چشمه ای برای غلظت مس طبق قانون فاراده و جریان الکترولیت ورودی و خروجی در مدلشان وارد کردند.
در سال 2013 با استفاده از یک سلول آزمایشگاهی الکترووینینگ به حجم 800 لیتر، شامل دو الکترود کاتد و یک الکترود آند - 5 سطح یک متر مربعی - و حاوی الکترولیت گرم بر لیتر سولفوریک اسید، 1/5 گرم بر لیتر آهن و مقادیر ضریب انتقال جرم در نقاط مختلف کاتد را مورد بررسی قرار دادند. لهی و همکاران [4] در سال 2014 به کمک دینامیک سیالات محاسباتی یک سلول الکترووینینگ را شبیه سازی کردند. آنها به بررسی ناپایداری ها در طول الکترود، توزیع سرعت، توزیع غلظت، خطوط جریان و توزیع حباب های اکسیژن در فاصله بین دو الکترود پرداختند.
در سال 2015 سلول الکترووینینگ مجتمع مس سرچشمه را به کمک دینامیک سیالات محاسباتی شبیه سازی و نتایج را با داده های تجربی اندازه گیری شده از واحد الکترووینینگ مجتمع مس سرچشمه اعتبار سنجی کردند. بعد از اعتبار سنجی مدل به بررسی توزیع سرعت و غلظت بین الکترودها در شرایط مختلفی از دبی حجمی جریان، دانسیته جریان الکتریکی و فاصله بین الکترودی پرداختند. در این مطالعه جریان دو فازی الکترولیت و حبابهای گازی اکسیژن در یک سلول الکترووینینگ مس شامل یک کاتد و یک آند در ناحیه های داخل و خارج لایه مرزی غلظتی به کمک دینامیک سیالات محاسباتی شبیه سازی شده و نتایج شبیه سازی با داده های تجربی مقایسه شده است.
