بررسی ضریب انتقال جرم در یک سلول الکترووینینگ صنعتی در شرایط کاری متفاوت

الکترووینینگ ، فرایند نشاندن یون‌های مس محلول در الکترولیت داخل سلول به روی کاتد توسط ایجاد جریان الکتریکی است. در پژوهش حاضر، با استفاده از شبیه‌سازی سلول الکترووینینگ مجتمع مس میدوک به بررسی ضریب انتقال جرم روی تمام سطح کاتد پرداخته شده است. شبیه‌سازی این سلول‌ها با استفاده از دینامیک سیالات و نرم‌افزار انسیس‌سی‌اف‌ایکس انجام شده است. تعداد 13 معادله دیفرانسیل جزئی سیالاتی باشرایط مرزی خاص توسط این نرمافزار حل شده است. مقدار ضریب انتقال جرم کاتد در سلول واقعی مس بااستفاده از اندازه‌گیری جرم مس ورقهای کاتد تولیدی هر سلول و شرایط کاری سلول در شرایط واقعی بدست آمد. نتایج نشان از اختلاف 1.9 درصدی مقدار واقعی در مس میدوک و مقدار مدل‌سازی می‌دهد. با این مدل‌سازی مقادیر ضریب انتقال جرم برای فواصل بین الکترودی مختلف به‌دست آمد، که در مقایسه روابط آزمایشگاهی مربوط به جریان سیال آشفته‌غیر‌توسعه‌یافته در سلول با مقدار انحراف 0.5 درصد نیز اعتبارسنجی شد. از این مدل ضریب انتقال جرم برای حالات کاربردی مختلف مانند حالت اسپری حباب اکسیژن از ورودی الکترولیت با کسر جرمی‌های مختلف، تغییر دمای و تغییر دبی الکترولیت ورودی تعیین شده است.

Investigation of the mass transfer coefficient in an industrial electrowinning cell under different operating conditions

Electrowinning is the process of copper deposing from the intracellular electrolyte solution to the cathode. In the present study, using electrodynamic cell simulation of the Miduk Copper Complex, mass transfer coefficient on the entire cathode surface are investigated. The hydrodynamic simulation of these cells in the Miduk Copper Complex is studied using computational fluid dynamics. AnsysCFX is used for this modeling. The NavierStokes equations and the continuum are considered as twophase liquid and gas, turbulent, incompressible, and steady state, and the equation for the concentration of copper in the electrolyte will be solved by considering its specific boundary condition. The perturbation of the flow will be modeled using kω relations. The cathode mass transfer coefficient of the industrial copper cell was evaluated by measuring the copper mass of the cathode sheets produced in each cell and the operating conditions of the cell under real conditions. The results show 1.9% difference between the actual amount in copper and the modeling value. With this modeling, the mass transfer coefficient were obtained for different electrode intervals. Comparing the modeling results with the laboratory results for turbulent and undeveloped fluid flow in the cell with a deviation of only 0.5% has also been validated for this case. After validation on the model, this model has been used to determine the mass transfer coefficient for different applications such as electrolyte mixing mode with different oxygen mass fraction at the inlet, effect of inlet electrolyte temperature change, effect of different inlet flowrate.