超混沌電流對(duì)金屬錳電解陽(yáng)極電位振蕩的調(diào)控

謝子楠，劉作華，李春彪，張 鑫，顧加成，李 強(qiáng)，陶長(zhǎng)元

1) 重慶大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，重慶 400044 2) 銅仁學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院，銅仁 554300 3) 南京信息工程大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，南京 210044

錳是我國(guó)重要的戰(zhàn)略資源，2019年我國(guó)生產(chǎn)的電解金屬錳產(chǎn)量為140～150萬(wàn)噸，占全球市場(chǎng)97%以上[1-3]. 目前，噸錳直流電耗為5800～6200 kW·h，電解直流電耗占電解金屬錳生產(chǎn)總能耗90%，而電解效率僅為65%～74%[4-7]. 金屬錳電解生產(chǎn)是開放的、流動(dòng)的過程，具有離子濃度高、電流密度大等特點(diǎn)，是典型的遠(yuǎn)離平衡態(tài)的非線性過程[8-10].而錳元素多變價(jià)行為又為電極反應(yīng)帶來(lái)了豐富的非線性動(dòng)力學(xué)機(jī)制，極易誘發(fā)電化學(xué)振蕩、混沌、分形等非線性行為[11-12]. 在電解金屬錳的陽(yáng)極上，宏觀上可以觀察到具有周期性的電流振蕩或電位振蕩現(xiàn)象，在微觀上還可以同時(shí)觀察到納米氧化錳有序空間結(jié)構(gòu)的形成. 經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，電化學(xué)振蕩會(huì)引起電解過程的非功率電耗，使體系能耗增加，陽(yáng)極泥中的MnO2是誘發(fā)電化學(xué)振蕩的主要因素[11].研究還表明，電流或電位振蕩現(xiàn)象并不局限于某一特殊的電極材料. 以不同的導(dǎo)電材料為陽(yáng)極，甚至非常惰性的鉑電極上都能觀察到電化學(xué)振蕩現(xiàn)象. 此外，隨電解電壓、錳離子濃度、pH 值以及溫度等外控參數(shù)的改變電化學(xué)振蕩的振幅以及周期都會(huì)隨之發(fā)生變化. 這表明電化學(xué)流振蕩現(xiàn)象是來(lái)源于反應(yīng)體系自身存在的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)反應(yīng)機(jī)制. 從前述分析可知，電解金屬錳節(jié)能降耗的研究，主要集中在溶……