可控氧流還原技術(shù)相關(guān)基礎(chǔ)研究.pdf

1、可控氧流還原方法是一種綠色冶金方法，在陽極能排放出氧氣，可以徹底克服傳統(tǒng)碳基還原排放溫室氣體CO2的問題。該法不僅在建立冶金新流程方面具有重要意義，而且提供了一個(gè)從冶金廢渣中回收有價(jià)金屬的新途徑，可獲得附加值較高的產(chǎn)品。本論文對(duì)可控氧流還原過程中涉及的若干重要參數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)定研究，并嘗試?yán)每煽匮趿鬟€原技術(shù)從含F(xiàn)eO熔渣中直接提取金屬鐵。
　　 利用直流四電極法直接測(cè)定了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.18％MgO 穩(wěn)定的氧化鋯管試樣在空氣中1

2、473～1873K 范圍內(nèi)的電導(dǎo)率隨溫度的變化曲線。結(jié)果表明在1473～1873K 范圍內(nèi)的升溫過程中氧化鋯管試樣電導(dǎo)率在2.0×10-2～5.0×10-1S×cm-1變化。電導(dǎo)率隨溫度變化曲線可分為三段。1473～1673K以及1773～1873K溫度范圍內(nèi)，電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系符合Arrhenius公式；在1673～1773K過渡范圍內(nèi)存在四方相向立方相的轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致電導(dǎo)率的顯著升高。1873K下的電導(dǎo)率可達(dá)0.5 S×cm-1，完全能

3、夠滿足可控氧流冶金對(duì)電導(dǎo)率的要求。采用圓柱體狀氧化鋯基固體電解質(zhì)原電池：Pt|空氣|ZrO2（MgO）|[O]銀液|Ir，利用恒電壓法測(cè)定了1473-1773K 銀液中氧的擴(kuò)散系數(shù)，隨著溫度的升高，銀液中氧的擴(kuò)散系數(shù)逐漸變大，得到其與溫度的關(guān)系為：實(shí)驗(yàn)條件下的活化能為ED=（25573±1718)J/mol。
　　 采用氧化鋯基固體電解質(zhì)恒電壓法并嘗試使用高溫下不溶解于鐵液的鉻酸鑭棒作電極引線，利用原電池：(+)Pt|Ar|Zr

4、O2（MgO）|[O]Fe（1)|LaCrO3(-)，測(cè)定了1823K～1873K 鐵液中氧的擴(kuò)散系數(shù)，隨著溫度的升高，鐵液中氧的擴(kuò)散系數(shù)逐漸變大，得到其與溫度的關(guān)系：初步實(shí)驗(yàn)表明利用鉻酸鑭棒作鐵液中的電極引線可以獲得較穩(wěn)定的電信號(hào)。利用PARSTAT2273 電化學(xué)綜合測(cè)試儀向熔渣四電極體系施加交流阻抗譜信號(hào)的方法測(cè)定了CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeO系熔渣的電導(dǎo)率。在室溫下研究了交流電頻率、電極插入深度、溶液深度、交流電

5、大小、電極偏心度、內(nèi)外電極間距等測(cè)試條件對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。在此基礎(chǔ)上對(duì)熔渣的電導(dǎo)率測(cè)定結(jié)果表明，在任何組成下，熔渣電導(dǎo)率皆隨溫度的升高而增大，其關(guān)系.符合Arrhenius公式。隨著渣中FeO濃度的增大，熔渣電導(dǎo)率增大，并且溫度系數(shù)逐漸減小，電導(dǎo)活化能減小。
　　 以從含F(xiàn)eO 熔渣中提取金屬鐵為例，采用氧化鋯管作為引導(dǎo)氧流的介質(zhì)，使用Ag液作陽極，純鐵棒作陰極，構(gòu)成電池：Ir |[O] Ag|ZrO2（MgO）|FeO(sla

6、g)|鐵棒，進(jìn)行了外加電壓下的可控氧流還原，推導(dǎo)并初步建立了熔渣外加電壓電化學(xué)還原全過程動(dòng)力學(xué)模型。
　　 結(jié)果表明，采用可控氧流還原技術(shù)從鐵氧化物熔渣中直接提取純金屬鐵是可行的。外加合適電壓可明顯促進(jìn)熔渣中FeO的還原，外加電壓越大，起始外電路電流則越大，還原越快。本方法中Ag液可循環(huán)使用，為建立全新的綠色冶金短流程工藝提供了可能；而且使用氧化鋯管作隔離膜，與傳統(tǒng)的接觸式還原(例如傳統(tǒng)的熔融還原)相比，避免了還原產(chǎn)物受還原劑污