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1、作為不銹鋼的重要添加劑,金屬錳對(duì)國民工業(yè)經(jīng)濟(jì)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(dòng)條件下進(jìn)行的,遠(yuǎn)離平衡態(tài)。前期研究發(fā)現(xiàn),電解過程中存在電化學(xué)振蕩和分形生長等非線性現(xiàn)象。這些非線性現(xiàn)象會(huì)伴隨額外的電解能耗。通過對(duì)其非線性動(dòng)力學(xué)機(jī)制的研究,有望開發(fā)出節(jié)能電解新技術(shù)。
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(guān)注較少。本文著重關(guān)注電解錳陽極非線性動(dòng)力學(xué)機(jī)制,研究首先考察了恒流條件下的陽極電化學(xué)振蕩行為,分析頻率、振幅等與外控因素的關(guān)系;然后,利用線性不穩(wěn)定性分析等數(shù)學(xué)方法建立了恒流條件下的陽極動(dòng)力學(xué)方程組,探討了恒流條件下電勢(shì)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(duì)電化學(xué)振蕩行為的影響,嘗試為新型電解技術(shù)研發(fā)提供新的思路。
本論文的主要研究?jī)?nèi)容包括:
①研究考察了恒流條件下的
3、陽極電化學(xué)振蕩行為。結(jié)果發(fā)現(xiàn),引發(fā)電化學(xué)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(guān)。恒流電解條件下的電勢(shì)振蕩可以導(dǎo)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(diào)節(jié)恒流條件下的陽極電勢(shì)振蕩,有望進(jìn)一步降低電解體系的非歐姆效應(yīng)功率消耗。
②研究建立了恒流條件下的陽極動(dòng)力學(xué)方程組,探討了電勢(shì)振蕩
4、產(chǎn)生的原因及閾值范圍。結(jié)果發(fā)現(xiàn),恒流條件下動(dòng)力學(xué)速率參數(shù)會(huì)隨電勢(shì)的波動(dòng)而變化,從而導(dǎo)致非線性動(dòng)力學(xué)微分方程組與恒壓條件不同;結(jié)合線性不穩(wěn)定性分析及Matlab運(yùn)算,探討了方程組解的不穩(wěn)定性與振蕩行為的理論關(guān)聯(lián),給出了陽極振蕩的閾值范圍;模擬所得電勢(shì)-時(shí)間振蕩曲線與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相符,證明了機(jī)理的合理性,從而為指導(dǎo)振蕩機(jī)制的動(dòng)力學(xué)調(diào)控提供了定量分析的基礎(chǔ)。
?、垩芯靠疾炝送饪孛}沖電流電解條件對(duì)電化學(xué)自振蕩的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),外控脈沖的平均
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