【摘要】：使用惰性電極電解含有鐵氧化物熔渣是潛在的降低CO2排放煉鋼的突破性技術(shù)。為制定合理的綠色電解工藝參數(shù)，有必要掌握鐵離子、氧離子等電活性離子在熔渣電解質(zhì)中的電化學(xué)行為。但目前有關(guān)這些方面的系統(tǒng)研究報(bào)道較少。ZrO2基固體電解質(zhì)在高溫下具有高氧離子電導(dǎo)、低電子電導(dǎo)的特性，且抗渣侵蝕能力強(qiáng)，由其構(gòu)建的固體電解質(zhì)電池在冶金工業(yè)和科學(xué)研究中已獲得了廣泛應(yīng)用，近年來(lái)更進(jìn)一步應(yīng)用于可控氧流冶金新技術(shù)中。另外，已經(jīng)有許多研究以Pt,O2(air)|ZrO2作參比電極進(jìn)行三電極體系的電化學(xué)測(cè)試�；诠腆w電解質(zhì)電池的這些特性，本文利用MgO和Y2O3穩(wěn)定的ZrO2基固體電解質(zhì)管作為工作電極、輔助電極的離子隔膜及電解池容器，集成構(gòu)建一種以Pt,O2(air)|ZrO2作為參比電極的新型管狀可控氧流電解池，采用循環(huán)伏安、計(jì)時(shí)電位、方波伏安、恒電位電解等多種電化學(xué)測(cè)試技術(shù)對(duì)SiO2-CaO-Al2O3-MgO-FeO熔渣中電活性離子的電化學(xué)行為進(jìn)行了研究。 通過(guò)對(duì)利用ZrO2基固體電解質(zhì)管構(gòu)建的多種電解池裝置的初步測(cè)試對(duì)比，結(jié)合Factsage6.1熱力學(xué)軟件理論計(jì)算，優(yōu)選確定了一種較為合適的可控氧流電解池裝置，并優(yōu)化了電化學(xué)測(cè)試參數(shù)。測(cè)試結(jié)果表明：采用本文構(gòu)建的新型管狀可控氧流電解池研究熔渣中電活性離子的電化學(xué)行為是可行的。ZrO2基固體電解質(zhì)穩(wěn)定劑的不同，不會(huì)對(duì)電化學(xué)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生明顯影響。 測(cè)試結(jié)果還表明：在1683~1723K范圍內(nèi)，5wt%FeO熔渣中Fe2+的還原是不可逆過(guò)程；當(dāng)溫度升高到1773K時(shí)，F(xiàn)e2+的還原則轉(zhuǎn)變?yōu)榭赡孢^(guò)程。計(jì)算得出1683~1773K范圍內(nèi)Fe2+的擴(kuò)散系數(shù)值在(3.05±0.05)×10-6~(4.35±0.04)×10-6cm2s-1范圍內(nèi)，F(xiàn)e2+的擴(kuò)散系數(shù)隨著實(shí)驗(yàn)溫度的升高而升高。根據(jù)不同溫度下的擴(kuò)散系數(shù)，得出Fe2+的擴(kuò)散活化能為97.27±16.54kJ mol-1。在1723K時(shí)，3~10wt%FeO濃度范圍內(nèi)熔渣中Fe2+的還原均為不可逆過(guò)程，熔渣中Fe2+的擴(kuò)散系數(shù)隨其濃度的升高先有所減小，之后則基本保持穩(wěn)定。 在正電位側(cè)Ir電極會(huì)出現(xiàn)氧化，不過(guò)其氧化物不能穩(wěn)定存在。當(dāng)電位正于Ir的氧化時(shí)，氧離子會(huì)在工作電極上氧化，并以氣體形式析出造成電化學(xué)曲線的劇烈波動(dòng)。在多種電化學(xué)技術(shù)測(cè)試中并未觀察到明顯的氧離子的氧化峰，說(shuō)明氧離子在熔渣與ZrO2基固體電解質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)很快，不是氧化反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)。
【學(xué)位授予單位】：武漢科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TF513
【圖文】：

武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文立方相或四方相以亞穩(wěn)態(tài)形式保留到室溫�；腆w電解質(zhì)的導(dǎo)電原理 ZrO2基固體電解質(zhì)的摻雜結(jié)構(gòu)，其導(dǎo)電原理是：Zr4+和添加等存在差異，由此晶格上會(huì)出現(xiàn)氧離子空位（晶格缺陷）能在 ZrO2中比較容易的移動(dòng)，于是便產(chǎn)生了氧離子導(dǎo)體，越高，其電導(dǎo)率也越大[25]。

二章 可控氧流原理及主要電化學(xué)研究方法氧流電解原理流電解是一種綠色提取金屬方法，它在還原過(guò)程中不產(chǎn)生溫過(guò)控制流過(guò)體系的氧離子電流控制整個(gè)還原反應(yīng)過(guò)程中的還原據(jù)熔渣的離子結(jié)構(gòu)理論，熔渣可被認(rèn)為是一種含有氧離子等離解過(guò)程中，熔渣的性質(zhì)不斷變化。因此, 對(duì)于有氧離子參與的熔屬熔體脫氧過(guò)程有著很大的不同。采用固體電解質(zhì)隔離陽(yáng)極和池體系，當(dāng)陽(yáng)極和陰極之間施加外加電壓時(shí)，在電位差的作用通過(guò)熔渣和固體電解質(zhì)向陽(yáng)極遷移，活性陽(yáng)離子則向陰極移動(dòng)行氧化與還原反應(yīng)，電路中有電流通過(guò)。在此過(guò)程中熔渣的氧需要的金屬則被還原出來(lái)。根據(jù)熔渣中被還原的金屬離子和所在陰極側(cè)得到純金屬或者金屬合金。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 招光文,林宇平,朱元?jiǎng)P;MgCl_2-NaCl-KCl-CaCl_2熔鹽體系中鐵離子的電極過(guò)程研究[J];北京鋼鐵學(xué)院學(xué)報(bào);1983年02期

2 楊欣,汪波,夏風(fēng);氧化鋯氧傳感器中的銀電極研究[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2004年01期

3 高運(yùn)明;郭興敏;周?chē)?guó)治;;利用電池短路法從金川渣中提取金屬[J];重慶大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2006年08期

4 周德光,徐衛(wèi)國(guó),王平,傅杰,徐君浩,王昌生,徐明德;軸承鋼電渣重熔過(guò)程中氧的控制及作用研究[J];鋼鐵;1998年03期

5 楊家振,金一,潘偉,臧樹(shù)良;計(jì)時(shí)電流法測(cè)定Fe~(3+)在離子液體BPBF_4中的擴(kuò)散系數(shù)[J];高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報(bào);2005年06期

6 孫靜,黃傳真,劉含蓮,王隨蓮,鄒斌,艾興;穩(wěn)定氧化鋯陶瓷的研究現(xiàn)狀[J];機(jī)械工程材料;2005年08期

7 韓慶;胡勁;蔣丹宇;;汽車(chē)氧傳感器用電極材料的研究[J];稀有金屬材料與工程;2013年08期

8 馬建麗;王世偉;;保溫時(shí)間對(duì)氧化鋯固體電解質(zhì)相組成的影響[J];稀有金屬材料與工程;2008年S1期

9 向順華;魏季和;;Fe/FeO(CaF_2+Al_2O_3+CaO)電極反應(yīng):交換電流密度和擴(kuò)散系數(shù)[J];化工冶金;1993年02期

10 耿鑫;姜周華;劉福斌;梁連科;;電渣重熔過(guò)程中氧含量的控制[J];材料與冶金學(xué)報(bào);2009年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 許繼芳;外加直流電場(chǎng)熔渣脫氧過(guò)程中氧傳遞機(jī)理研究[D];上海大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2739984