(Special session) Introduction of the long-term MMIJ project (2022 Autumn)

[2103-09-07] Introduction of numerical simulation analysis to design of anode shape and flow field to promote mass transfer during copper electrolysis

○Hideaki Sasaki¹, Takumi Takaichi¹, Haruhiko Sano¹ (1. Ehime University)

Chairman:Etsuro Shibata (Tohoku University)

Keywords:Electrorefining, Forced convection, Finite element method, Numerical simulation analysis

本研究テーマでは，銅の電解精製に用いられる電解槽の構造を抜本的に見直し，電極形状の変更や強制対流の利用によって高電流密度化を実現する技術の提案を目指した基礎試験を行っている．実験室においては小型電解装置を作製し，アノード形状を変更した場合や，強制対流を与えた場合の電解の促進を検証している．ただし，槽内において形成される局所的な電解液の流れや，電解中の銅イオン濃度分布を直接確認することは実験では困難である．そこで，電極形状や流れ場に影響を受けた電気化学反応および銅イオンの移動を理解し，銅電解を高速度化させる条件について検討するために，有限要素法をベースとした汎用シミュレーションソフトウェアを用いた解析を導入している．本講演では，電解槽を単純化したモデルに対して，電解液の対流や銅イオン濃度勾配に由来する分極まで考慮した3次電流分布解析を適用した例について報告する．定電流電解を行った場合の流れ場や銅イオン濃度分布，電位を可視化し，銅イオン濃度分布により生じる自然対流や，局所的に流速を指定することにより再現した強制対流の効果がどのように予測されるかを説明する．