可控氧流电解铁及ZrO2氧离子膜的侵蚀性研究
采用可控氧流外加电势法，以碳饱和铁液做阳极，铁坩埚作阴极，通过构建电解池体系：石墨棒︱[O]Fe+C(饱和)︱ZrO2（MgO）︱（FeO）slag︱Fe，于SiO2-CaO-Al2O3-MgO-FeO五元渣系中外加4V电压，电解还原提取了金属铁。结果表明，铁坩埚壁上析出的金属Fe枝晶的长大、阴极活性面积的改变，及熔渣中离子扩散都会影响电化学反应速度；熔渣中Fe2+的电解还原主要在铁坩埚壁阴极区析出的Fe枝晶上，由于氧化锆管存在电子电导，在氧化锆管/熔渣界面也有少量Fe2+被还原；流过氧化锆管中的电子电流对渣中FeO的还原有一定促进作用，但后期会降低电流效率；熔渣中FeO的总还原率可达到98.72％以上。
通过Factsage热力学软件的平衡计算，得到了含FeO熔渣与氧化锆材料在高温时平衡状态，并总结了在静态条件下含FeO熔渣对氧化锆材料的侵蚀变化趋势：熔渣对氧化锆的溶解和渗透随温度的升高和FeO含量的增大而增大；在低碱度时，熔渣与氧化锆之间会生成ZrSiO4，反之，高碱度时，会生成CaZrO3；温度升高会减小固相ZrSiO4的含量，直到ZrSiO4完全分解进入熔渣中。根据计算分析得出，对氧化锆侵蚀较小的熔渣碱度在0.23-0.80之间。
通过开路、外加电势等条件下的侵蚀对比实验，借助SEM和EDS等分析手段，研究了可控氧流电解还原后的熔体（铁碳熔体、熔渣）对氧化锆管的侵蚀特性。结果表明：在开路条件下熔渣对氧化锆管的侵蚀主要是溶解和渗透作用，且比外加电势下侵蚀严重，熔渣/氧化锆管界面没有新相ZrSiO4生成；开路条件下铁碳熔体对氧化锆管基本不侵蚀。在不同外加电势作用下，电解后熔渣/氧化锆管界面都存在化学侵蚀，有新相ZrSiO4生成，ZrSiO4虽能减小外加电势下熔渣对氧化锆管的渗透和溶解侵蚀，但是会增大电池内阻；在外加电势条件下铁碳熔体对氧化锆管侵蚀程度比开路条件下严重。另外，非电解条件下熔渣对氧化锆管的侵蚀比电解条件下的严重；碱度过大容易造成局部渗漏，导致氧化锆管内部侵蚀更严重。因此，可控氧流电解时为减低熔体对氧化锆管的侵蚀，可以采取的措施有：采用外加电势法还原；更换铁碳熔体阳极；熔渣碱度控制在0.43左右；熔渣中FeO含量不超过20%等。
ZrO2基氧离子膜;熔渣侵蚀;可控氧流电解还原法;热力学软件
武汉科技大学
硕士
冶金物理化学
高运明
2012
中文
TG174.44
76
2012-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）