(Special session) Utilization of Simulation and Data Science in Materials Processin 1

[3K0301-02-01] Current Distribution Analysis in Copper Electrorefining by Finite Element Method Simulation and Discussion of Nodule Growth Mechanism

○Masayuki Miyamoto¹ (1. Hokkaido University)

Chairperson: 川村　茂（秋田大学）

Keywords:Electrorefining, Numerical Simulation, Current Distribution, Natural Convection

銅の電解精製工程において、電流効率の低下は重要な課題のひとつである。実プロセスにおける電流効率は一般に93-98%に留まるとされる。この電流ロスの主な原因は、カソード上に形成したコブ状の析出物（ノジュール）がアノードと接触し、電極間の短絡を引き起こすことにある。ノジュールは、鋳造工程から持ち込まれた離型剤片やアノードスライムなどの介在物がカソードに偶発的に付着することにより形成されると考えられている。
本研究では、ノジュールが電極間の短絡を引き起こすまで大きく成長する要因を解明することを目的として、有限要素法に基づく数値シミュレーションを実施した。モデルには、電極反応や電解液内の電流・電位分布、電解にともなって発生する自然対流、イオンや懸濁粒子に関する物資移動といった複数の物理現象を連成して組み込み、電解精製プロセスにおける電解槽内の挙動を解析した。これにより、ノジュールへの電流集中およびその周囲で生じる自然対流の挙動を明らかにした。シミュレーション結果と実験結果をもとに、ノジュールの成長機構について考察を行った。