高纯阴极铜电解精炼过程中电化学振荡行为的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51604180
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0410.冶金物理化学与冶金原理
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The copper of electrorefining is high energy in hydrometallurgical industry. The new and key method of energy-saving electrolytic for high purity cathode copper is developed to reduce the power consumption, which caused by the electrochemical oscillation. It has been difficult to explain this electrochemical oscillation phenomenon based on the traditional equilibrium thermodynamic theory. In this work, based on the nonlinear dynamics theory, the electrochemical oscillation behavior during the electrolysis system was studied, and characterized regularity was summarized; information about electrode reactions was obtained by temporal self-organizing behavior, and primitive steps and the coupling nature between the various primitive steps were realized, to speculate the possibility of reaction course; the mathematical model of the electrochemical oscillation characteristics was established, which was calculated to get threshold by a way of linear stability analysis. The evolution of electrochemical oscillation behavior was simulated by using Matlab software, to improve constantly its electrochemical oscillation mechanism combining with experimental testing; based on the above electrochemical oscillation theory, it indicated the intrinsic link of electrochemical oscillation between its external control parameters (voltage, current, temperature, concentration, agitation, etc.) and its characteristic variables of the theoretical model; the electrochemical oscillation was adjusted by improving anodes, optimizing field, adding inhibitors, filling with bubbles and so on. Hence, it could improve the electrolytic process by this special electrochemical oscillation behavior far from equilibration conditions. All these offered a new work zone for electrolytic of energy-saving and environmental protection far from equilibrium.
电解精炼铜生产是高能耗湿法冶金产业,研发高纯阴极铜节能电解新方法的关键是减少耗于电化学振荡引起的电能。基于传统平衡态热力学理论已无法解释这一现象。本项目拟基于非平衡非线性动力学理论,研究在电解体系中出现的电化学振荡行为及其变化规律;通过这些时空自组织行为获得电极反应的信息和基元步骤及其之间的耦联本质,推测可能的反应历程;建立电化学振荡特征数学模型,借助线性稳定性分析进行阈值计算,利用Matlab模拟电化学振荡行为的演化过程,并结合实验测试不断完善其电化学振荡机制;基于已建立的电化学振荡理论,找出电化学振荡外控参数(电压、电流、温度、浓度、搅拌等)与理论模型特征变量之间的内在联系;采用改进阳极、优化电场、添加抑制剂或通入气体等措施调控电化学振荡,进而有效利用这种在远离平衡条件下的特殊电化学振荡行为来改善电解过程,在远离平衡区找出新的节能环保电解工作区间。

结项摘要

电解精炼铜生产是高能耗湿法冶金产业,研发高纯阴极铜节能电解新方法的关键是减少耗于非线性行为引起的电能,研究电解体系中非线性行为特征及其机理。首先,研究了电解体系中阳极的电化学振荡行为及变化规律,系统地研究了电极电势、电解质组成和浓度、温度、搅拌速率和扫描速度对电化学振荡的影响。建立了电化学振荡耦合的数学理论模型,理论结合试验推测电化学振荡的机理。发现了理论模拟参数与实验的影响因素之间的联系。提出了调控电化学振荡的方法,研究为微观化学机制与宏观非线性现象间的关系提供理论,为冶金中高效电解提出了新的概念。其次,建立了分形生长的试验参数与模型参数相对应的计算体系,研究分形生长对电解产品质量的影响及生长机制。模拟了电沉积过程中电解池内部电流密度和镀液分布情况,分析电解池内部电化学特性参数变化规律。提出了调控电沉积产品质量的方法,为全面分析电解过程中的非线性特征提供方法。再次,在已建立的电沉积非平衡态热力学及非线性动力学理论基础上,结合电化学振荡和分形生长对电解影响的特征规律,找出电沉积外控参数(电压、电流、温度、浓度、搅拌等)与理论模型特征变量之间的内在联系。采用改进阳极、添加抑制剂、优化电场等措施调控电化学振荡等非线性行为。进而有效利用这种在远离平衡条件下的特殊电化学振荡行为来改善电解过程。实现降低电化学振荡能耗、避免电沉积铜产品分形生长的目的,在远离平衡区建立节能电解操作模式。最后,作为研究拓展,将电化学分析方法应用于铜合金的电沉积过程中,提出节能电沉积金属及合金的方法。此外,在项目的执行期间,在国内外学术期刊上发表学术论文10篇,其中SCI 论文8篇;申报国家发明专利3项,授权3项;培养在读硕士研究生3名。圆满完成了项目任务书的各项内容,达到了项目任务书的各项指标。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(1)
科研奖励数量(3)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
Effects of four N-based additives on imitation gold plating
四种N基添加剂对仿金镀层的影响
  • DOI:
    10.1007/s10800-018-1148-8
  • 发表时间:
    2018-01
  • 期刊:
    Journal of Applied Electrochemistry
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Ding Lifeng;Liu Fan;Cheng Jun;Niu Yulan
  • 通讯作者:
    Niu Yulan
Theory and technology for electroplating a rose golden Cu-Zn-Sn alloy using a disodium ethylenediamine tetraacetate system
乙二胺四乙酸二钠体系电镀玫瑰金铜锌锡合金的理论与技术
  • DOI:
    10.1007/s10800-019-01316-z
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Applied Electrochemistry
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Ding Lifeng;Chen Chongyan;Dong Yahui;Cheng Jun;Niu Yulan
  • 通讯作者:
    Niu Yulan
Continuous electrolytic refining process of cathode copper with non dissolving anode
不溶阳极阴极铜连续电解精炼工艺
  • DOI:
    10.1016/j.mineng.2019.02.032
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Minerals Engineering
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Ding Lifeng;Cheng Jun;Wang Tong;Zhao Junliang;Chen Chongyan;Niu Yulan
  • 通讯作者:
    Niu Yulan
Electrochemical Oscillations during Electro-oxidation of Copper Anode in Phosphoric Acid Solution
铜阳极在磷酸溶液中电氧化过程中的电化学振荡
  • DOI:
    10.5796/electrochemistry.18-00002
  • 发表时间:
    2019-01-01
  • 期刊:
    ELECTROCHEMISTRY
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Ding, Lifeng;Wu, Peng;Kong, Xiangpeng
  • 通讯作者:
    Kong, Xiangpeng
金属线电极分形生长的模拟
  • DOI:
    10.13208/j.electrochem.170711
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    电化学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    丁莉峰;毛沛元;程军;牛宇岚;文宇浩;程玮
  • 通讯作者:
    程玮

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其他文献

电化学振荡对电解制高锰酸钾过程能耗的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    中国稀土学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    丁莉峰;范兴;廖龙发;杜军;刘作华;陶长元
  • 通讯作者:
    陶长元

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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