Влияние геометрических условий на параметры массопереноса у поляризованного жидкого металлического электрода. II. Форма и положение электродов в обойме : научное издание | Научно-инновационный портал СФУ

Влияние геометрических условий на параметры массопереноса у поляризованного жидкого металлического электрода. II. Форма и положение электродов в обойме : научное издание

Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2020

Идентификатор DOI: 10.31857/S0235010620040088

Ключевые слова: расплавленные соли, жидкие металлические электроды, диссипативные структуры, циркуляционные ячейки, ламинарный слой электролита, поляризационные зависимости, плотность тока, перенапряжение, форма электрода, диаметр электрода, molten salts, Liquid Metal Electrodes, dissipative structures, Circulation cells, laminar electrolyte layer, Polarization dependencies, current density, overvoltage, shape of electrode, Diameter of electrode

Аннотация: Представлены результаты исследований поведения систем жидкие металлические электроды–хлоридные расплавы в зависимости от формы, положения в кварцевой обойме и размера электродов. Определена интенсивность массопереноса при выделении и растворении свинца в режимах циркуляционных ячеек, когда поляризационные зависимости (ПЗ) имеют максимум плотности тока, и ламинарного течения, когда максимума нет. Показано, что при поляризации жидких металлических электродов условия массопереноса существенно зависят от геометрических условий, что проявляется в изменении формы ПЗ, величин плотности тока и коэффициента массопереноса (толщины диффузионного слоя) при заданном перенапряжении. Для электродов прямоугольного горизонтального сечения при уменьшении отношения ширины к длине от ≈1 до 0.13 наряду с циркуляционными ячейками, которые доминируют при одинаковых горизонтальных размерах, возникают струи, поднимающиеся местами от межфазной границы, а величина максимальной плотности тока и интенсивность массопереноса увеличиваются в 2.7 и 2.5 раза, соответственно. Для электродов с горизонтальным сечением в виде круга поляризационные зависимости и интенсивность массопереноса изменяются при погружении электродов в кварцевую обойму, причем характер изменения зависит от диаметра электрода. В режиме циркуляционных ячеек в случае электродов малого диаметра (до 5 мм) погружение на ≈3.5 мм приводит к росту максимальной плотности тока в ≈2 раза и скорости массопереноса в ≈1.8 раза. Существенно, что потенциал электрода, соответствующий максимуму плотности тока на ПЗ, при погружении смещается в отрицательную сторону примерно на 100 мВ. При погружении электродов большего диаметра (8.4–16 мм) в среднем на 5 мм максимум плотности тока на ПЗ становится более пологим. При этом плотность тока в максимуме ПЗ для электрода диаметром 8.4 мм практически не изменяется, а для электрода, диаметром 16 мм снижается в ≈1.3 раза. В режиме ламинарного течения плотность тока и соответственно скорость массопереноса также зависят от уровня электрода относительно края обоймы. Причем, в случае электрода диаметром 4 мм повышение уровня электрода примерно на 1.8 мм приводит к росту плотности тока при перенапряжении 120 мВ примерно в 2 раза, в то время как для электрода диаметром 8.4 мм повышение уровня электрода примерно на 2.6 мм приводит к снижению плотности тока при перенапряжении 55 мВ также примерно в 2 раза. Установлено, что у катодно поляризованных электродов относительно большого диаметра (до 83 мм) возникают циркуляционные ячейки, плотность тока на ПЗ имеет характерный максимум, а величина плотности тока в максимуме превышает плотность тока для твердого электрода примерно в 8 раз. The results of studies of the behavior of liquid metal electrodes–chloride melts depending on the shape, position in the quartz holder and the size of the electrodes are presented. The intensity of mass transfer during the release and dissolution of lead in the modes of circulation cells, when the polarization dependences (PD) have a maximum current density, and laminar flow, when there is no maximum, is determined. It is shown that during the polarization of liquid metal electrodes, the conditions of mass transfer significantly depend on the geometric conditions, which manifests itself in a change in the shape of the polarization dependencies (PD) and the values of current density and mass transfer coefficient (diffusion layer thickness) for a given overvoltage. For electrodes of rectangular horizontal cross section, with a decrease in the ratio of width to length from 1 to 0.13, together with circulation cells that dominate at the same horizontal dimensions, jets arise, rising in places from the interface, and the magnitude of the maximum current density and the intensity of mass transfer increase 2.7 and 2.5 times, respectively. For electrodes with a horizontal cross section in the form of a circle, the polarization dependences and the mass transfer intensity change when the electrodes are immersed in a quartz holder, and the pattern of the change depends on the diameter of the electrode. In the mode of circulation cells, in the case of electrodes of small diameter (up to 5 mm), immersion by ≈3.5 mm leads to an increase in the maximum current density by ≈2 times and the mass transfer rate by ≈1.8 times. It is significant that the electrode potential corresponding to the maximum of the current density at the PD, when immersed, shifts to the negative side by about 100 mV. When immersing electrodes of larger diameter (8.4–16 mm) by an average of 5 mm, the maximum current density at the PD becomes flatter. In this case, the current density at the maximum PD for an electrode with a diameter of 8.4 mm is practically unchanged, and for an electrode with a diameter of 16 mm it decreases by ≈1.3 times. In the laminar flow regime, the current density and, accordingly, the mass transfer velocity also depend on the level of the electrode relative to the edge of the quartz holder. Moreover, in the case of an electrode with a diameter of 4 mm, an increase in the electrode level by approximately 1.8 mm leads to an increase in the current density by an overvoltage of 120 mV by a factor of about 2, while for an electrode with a diameter of 8.4 mm, an increase in the electrode level by about 2.6 mm leads to a decrease in current density at an overvoltage of 55 mV also about 2 times. It has been established that for cathodically polarized electrodes of relatively large diameter (up to 83 mm) circulating cells appear, the current density on the PD has a characteristic maximum, and the current density at the maximum exceeds the current density for a solid electrode by about 8 times.

Ссылки на полный текст

Издание

Журнал: Расплавы

Выпуск журнала: 4

Номера страниц: 333-350

ISSN журнала: 02350106

Место издания: Москва

Издатель: Российская академия наук, Уральское отделение РАН, Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона

Авторы

Вхождение в базы данных

Информация о публикациях загружается с сайта службы поддержки публикационной активности СФУ. Сообщите, если заметили неточности.

Вы можете отметить интересные фрагменты текста, которые будут доступны по уникальной ссылке в адресной строке браузера.