مطالعه اثر میدان مغناطیسی بر عملکرد سلول های رسوبگیری الکتروشیمیایی مس به کمک دینامیک سیالات محاسباتی

نجمی نوری, مه جبین; محبی, علی; صادقی, روح الله; افروز, کامبیز; قدمی عربی, بابک

doi:10.22103/jsse.2020.2627

مطالعه اثر میدان مغناطیسی بر عملکرد سلول های رسوبگیری الکتروشیمیایی مس به کمک دینامیک سیالات محاسباتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید باهنر کرمان

² دانشگاه باهنر کرمان

³ گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، موسسه آموزش عالی جهاد دانشگاهی استان اصفهان

⁴ گروه مهندسی برق، دانشکده فنی و مهندسی، ، دانشگاه شهید باهنر کرمان

⁵ مجتمع مس سرچشمه

10.22103/jsse.2020.2627

چکیده

در روش‌های رسوبگیری الکتروشیمیایی مس، با اعمال جریان الکتریکی بین دو الکترود غوطه ور در الکترولیت شامل CuSO4-H2SO4-H2O، مس روی سطح الکترود کاتد رسوب می‌کند. حضور میدان مغناطیسی تاثیر قابل توجهی بر عملکرد سل‌های رسوبگیری الکتروشیمیایی دارد. مهمترین نقش‌های میدان مغناطیسی در این فرآیند‌ها نیروی لورنتز، جا‌به‌جایی هیدرودینامیک مغناطیسی (MHD convection) و اثر متقابل آن با جا‌به‌جایی طبیعی ناشی از گرادیان غلظت هستند. در این مطالعه به کمک دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، شبیه‌سازی دو بعدی و ناپایدار سل‌های الکترولیز (تک فازی) و الکترووینینگ (دو فازی (مایع-گاز)) مس در حضور میدان مغناطیسی انجام شد. معادلات انتقال جرم ذرات نرنست- پلانک، مومنتوم و پتانسیل الکتریکی به کمک روش حجم محدود حل شده‌اند. در شبیه‌سازی دو فازی سل الکترووینینگ مس روش اولرین-لاگرانژین برای الکترولیت و گاز اکسیژن به کار برده شد. نتایج شبیه‌سازی فرآیند الکترولیز تطابق خوبی با داده‌های آزمایشگاهی ارائه شده توسط مولنهاف و همکارانش داشت. پس از اعتبار‌سنجی مدل، تغییرات غلظت مس و سرعت الکترولیت دو فرآیند مطالعه و با هم مقایسه شد. نتایج شبیه‌سازی نشان داد که اثر متقابل بین جا-به‌جایی MHD و جا‌به‌جایی طبیعی و همچنین انباشته شدن لایه‌های غلظتی باعث کاهش سرعت الکترولیت می‌شود. در نتیجه کاهش سرعت در فرآیند الکترووینینگ دیرتر از فرآیند الکترولیز اتفاق می‌افتد، اما کاهش سرعت الکترولیت در مرحله‌ی دوم فرآیند الکترووینینگ مس حدود % 93 و خیلی بیشتر از کاهش % 33 در فرآیند الکترولیز مس است.

کلیدواژه‌ها