熔渣中Ni2+的電化學(xué)行為研究.pdf

1、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)。使用惰性電極電解含鎳、鐵氧化物的熔渣可熔煉含Ni鋼（包括不銹鋼），高溫熔渣中鎳氧化物的電化學(xué)行為是制定熔渣電解提Ni工藝參數(shù)的重要依據(jù)。ZrO2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)研究中獲得了廣泛應(yīng)用。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)測試。本文以可

2、控氧流的原理為基礎(chǔ)，建立集成有Pt, O2(air)|ZrO2作參比電極的新型電解池，以MgO穩(wěn)定的ZrO2基固體電解質(zhì)(MSZ)管作為電解池容器以及陰、陽極區(qū)的離子隔離膜，采用循環(huán)伏安法、方波伏安法、計(jì)時(shí)電位法、計(jì)時(shí)電流法以及恒電位電解等電化學(xué)測試技術(shù)，將ZrO2基固體電解質(zhì)用于SiO2-CaO-MgO-Al2O3熔渣中Ni2+的電化學(xué)行為的研究，拓展可控氧流和ZrO2固體電解質(zhì)的應(yīng)用領(lǐng)域。
　　分析了可控氧流電解池電化學(xué)測試的

3、原理，并通過預(yù)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了電化學(xué)測試的參數(shù)。結(jié)合Factsage熱力學(xué)軟件的理論計(jì)算，確定了本文實(shí)驗(yàn)條件下，熔渣中Ni以Ni2+形式存在。利用ZrO2基固體電解質(zhì)管構(gòu)建以Pt, O2(air)|ZrO2作為參比電極的新型電解池研究熔渣中Ni2+的電化學(xué)行為是可行的。
　　通過對(duì)上述多種測試技術(shù)的實(shí)驗(yàn)曲線分析，得出在1673 K下含3％NiO含量的SiO2-CaO-MgO-Al2O3熔渣中 Ni2+在Ir電極上的還原是一步還原并受擴(kuò)散

4、控制的可逆過程，且產(chǎn)物可溶。計(jì)算得到了循環(huán)伏安、計(jì)時(shí)電位以及計(jì)時(shí)電流曲線下Ni2+的擴(kuò)散系數(shù)分別為(3.5±0.2)×10-6、(2.8±0.1)×10-6和(3.6±1.0)×10-6 cm2/s，與相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)吻合。
　　溫度T=1673 K，不同NiO濃度的循環(huán)伏安測試結(jié)果顯示，Ni2+的擴(kuò)散系數(shù)隨NiO濃度有增大的趨勢，可能是因?yàn)殡S著NiO濃度增大而渣黏度變小的緣故。含w(NiO)=3%的熔渣，在不同溫度的循環(huán)伏安、計(jì)時(shí)電