可控氧流電解鐵及ZrO2氧離子膜的侵蝕性研究.pdf

1、采用可控氧流外加電勢法，以碳飽和鐵液做陽極，鐵坩堝作陰極，通過構建電解池體系：石墨棒︱[O]Fe+C(飽和)︱ZrO2（MgO）︱（FeO）slag︱Fe，于SiO2-CaO-Al2O3-MgO-FeO五元渣系中外加4V電壓，電解還原提取了金屬鐵。結果表明，鐵坩堝壁上析出的金屬Fe枝晶的長大、陰極活性面積的改變，及熔渣中離子擴散都會影響電化學反應速度；熔渣中Fe2+的電解還原主要在鐵坩堝壁陰極區(qū)析出的Fe枝晶上，由于氧化鋯管存在電子電導

2、，在氧化鋯管/熔渣界面也有少量Fe2+被還原；流過氧化鋯管中的電子電流對渣中FeO的還原有一定促進作用，但后期會降低電流效率；熔渣中FeO的總還原率可達到98.72％以上。
　　 通過Factsage熱力學軟件的平衡計算，得到了含F(xiàn)eO熔渣與氧化鋯材料在高溫時平衡狀態(tài)，并總結了在靜態(tài)條件下含F(xiàn)eO熔渣對氧化鋯材料的侵蝕變化趨勢：熔渣對氧化鋯的溶解和滲透隨溫度的升高和FeO含量的增大而增大；在低堿度時，熔渣與氧化鋯之間會生成ZrS

3、iO4，反之，高堿度時，會生成CaZrO3；溫度升高會減小固相ZrSiO4的含量，直到ZrSiO4完全分解進入熔渣中。根據(jù)計算分析得出，對氧化鋯侵蝕較小的熔渣堿度在0.23-0.80之間。
　　 通過開路、外加電勢等條件下的侵蝕對比實驗，借助SEM和EDS等分析手段，研究了可控氧流電解還原后的熔體（鐵碳熔體、熔渣）對氧化鋯管的侵蝕特性。結果表明：在開路條件下熔渣對氧化鋯管的侵蝕主要是溶解和滲透作用，且比外加電勢下侵蝕嚴重，熔渣/

4、氧化鋯管界面沒有新相ZrSiO4生成；開路條件下鐵碳熔體對氧化鋯管基本不侵蝕。在不同外加電勢作用下，電解后熔渣/氧化鋯管界面都存在化學侵蝕，有新相ZrSiO4生成，ZrSiO4雖能減小外加電勢下熔渣對氧化鋯管的滲透和溶解侵蝕，但是會增大電池內阻；在外加電勢條件下鐵碳熔體對氧化鋯管侵蝕程度比開路條件下嚴重。另外，非電解條件下熔渣對氧化鋯管的侵蝕比電解條件下的嚴重；堿度過大容易造成局部滲漏，導致氧化鋯管內部侵蝕更嚴重。因此，可控氧流電解時為