含有FeO的熔渣中电活性离子的电化学行为

发布时间：2020-07-03 17:52

【摘要】：使用惰性电极电解含有铁氧化物熔渣是潜在的降低CO2排放炼钢的突破性技术。为制定合理的绿色电解工艺参数，有必要掌握铁离子、氧离子等电活性离子在熔渣电解质中的电化学行为。但目前有关这些方面的系统研究报道较少。ZrO2基固体电解质在高温下具有高氧离子电导、低电子电导的特性，且抗渣侵蚀能力强，由其构建的固体电解质电池在冶金工业和科学研究中已获得了广泛应用，近年来更进一步应用于可控氧流冶金新技术中。另外，已经有许多研究以Pt,O2(air)|ZrO2作参比电极进行三电极体系的电化学测试。基于固体电解质电池的这些特性，本文利用MgO和Y2O3稳定的ZrO2基固体电解质管作为工作电极、辅助电极的离子隔膜及电解池容器，集成构建一种以Pt,O2(air)|ZrO2作为参比电极的新型管状可控氧流电解池，采用循环伏安、计时电位、方波伏安、恒电位电解等多种电化学测试技术对SiO2-CaO-Al2O3-MgO-FeO熔渣中电活性离子的电化学行为进行了研究。通过对利用ZrO2基固体电解质管构建的多种电解池装置的初步测试对比，结合Factsage6.1热力学软件理论计算，优选确定了一种较为合适的可控氧流电解池装置，并优化了电化学测试参数。测试结果表明：采用本文构建的新型管状可控氧流电解池研究熔渣中电活性离子的电化学行为是可行的。ZrO2基固体电解质稳定剂的不同，不会对电化学测试结果产生明显影响。测试结果还表明：在1683~1723K范围内，5wt%FeO熔渣中Fe2+的还原是不可逆过程；当温度升高到1773K时，Fe2+的还原则转变为可逆过程。计算得出1683~1773K范围内Fe2+的扩散系数值在(3.05±0.05)×10-6~(4.35±0.04)×10-6cm2s-1范围内，Fe2+的扩散系数随着实验温度的升高而升高。根据不同温度下的扩散系数，得出Fe2+的扩散活化能为97.27±16.54kJ mol-1。在1723K时，3~10wt%FeO浓度范围内熔渣中Fe2+的还原均为不可逆过程，熔渣中Fe2+的扩散系数随其浓度的升高先有所减小，之后则基本保持稳定。在正电位侧Ir电极会出现氧化，不过其氧化物不能稳定存在。当电位正于Ir的氧化时，氧离子会在工作电极上氧化，并以气体形式析出造成电化学曲线的剧烈波动。在多种电化学技术测试中并未观察到明显的氧离子的氧化峰，说明氧离子在熔渣与ZrO2基固体电解质中的运动很快，不是氧化反应的限制性环节。
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TF513
【图文】：

萤石结构,氧空位,晶胞,阳离子

武汉科技大学硕士学位论文立方相或四方相以亚稳态形式保留到室温。基固体电解质的导电原理 ZrO2基固体电解质的掺杂结构，其导电原理是：Zr4+和添加等存在差异，由此晶格上会出现氧离子空位（晶格缺陷）能在 ZrO2中比较容易的移动，于是便产生了氧离子导体，越高，其电导率也越大[25]。

电解过程,电解池,工作原理图

二章可控氧流原理及主要电化学研究方法氧流电解原理流电解是一种绿色提取金属方法，它在还原过程中不产生温过控制流过体系的氧离子电流控制整个还原反应过程中的还原据熔渣的离子结构理论，熔渣可被认为是一种含有氧离子等离解过程中，熔渣的性质不断变化。因此, 对于有氧离子参与的熔属熔体脱氧过程有着很大的不同。采用固体电解质隔离阳极和池体系，当阳极和阴极之间施加外加电压时，在电位差的作用通过熔渣和固体电解质向阳极迁移，活性阳离子则向阴极移动行氧化与还原反应，电路中有电流通过。在此过程中熔渣的氧需要的金属则被还原出来。根据熔渣中被还原的金属离子和所在阴极侧得到纯金属或者金属合金。

【参考文献】