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作者：武文雅;李纯;蒙毅;铁军;朱琰;彭兴祖;
单位：北方工业大学机械与材料工程学院;
摘要：在铜电解精炼过程中，电解液的流动行为及其传质特性对电解效率、产品质量及能耗具有显著影响，工业电解槽中电极尺寸远大于极间距，阴阳极板间会形成特殊的狭长空间，电解质的流动和传质特性更为复杂多变。本文建立了工业尺度电解槽的二维有限元数值模型，深入分析了阴阳极板间狭长空间内电解液的流速分布、铜离子浓度分布及传输情况，得到以下主要结论。极板间电解液流动速度不均匀，上部区域比较慢，下部区域比较快，且形成多个漩涡区域；在阴阳极表面附近，水平方向速度几乎为0，垂直方向速度在0.3～15 mm/s范围内波动；中间线上，水平方向速度在0～22 mm/s范围内波动，垂直方向速度在0～9 mm/s范围内波动。极板间的漩涡对铜离子浓度分布有较大影响，在阴极表面附近，铜离子浓度在440～620 mol/m~3范围内波动，在阳极表面附近，铜离子浓度在530～740 mol/m~3范围内波动，中间线上铜离子浓度在500～630 mol/m~3范围内波动，浓度的波动与漩涡区域相对应。铜离子的传输主要靠对流驱动，漩涡与漩涡之间的横向流动实现了铜离子从阳极到阴极的直接传输；漩涡在将铜离子从阳极传输到阴极的同时，也将阳极区域附近形成的悬浮杂质携带到阴极表面，阴极的下部区域表面杂质含量高于上部区域。
关键词：铜电解精炼;;工业电解槽;;狭长空间;;多漩涡传质;;流动特征;;流速;;铜离子浓度;;铜离子传输
基金资助：国家自然科学基金项目（21978004）;; 国家重点研发计划项目（2022YFB3304900）
