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可控氧流还原技术相关基础研究

宋建新

  可控氧流还原方法是一种绿色冶金方法,在阳极能排放出氧气,可以彻底克服传统碳基还原排放温室气体CO_2的问题。该法不仅在建立冶金新流程方面具有重要意义,而且提供了一个从冶金废渣中回收有价金属的新途径,可获得附加值较高的产品。本论文对可控氧流还原过程中涉及的若干重要参数进行了实验测定研究,并尝试利用可控氧流还原技术从含FeO熔渣中直接提取金属铁。 利用直流四电极法直接测定了质量分数为2.18%MgO稳定的氧化锆管试样在空气中1473~1873K范围内的电导率随温度的变化曲线。结果表明在1473~1873K范围内的升温过程中氧化锆管试样电导率在2.0×10-2~5.0×10-1S?cm-1变化。电导率随温度变化曲线可分为三段。1473~1673K以及1773~1873K温度范围内,电导率与温度的关系符合Arrhenius公式;在1673~1773K过渡范围内存在四方相向立方相的转变,导致电导率的显著升高。1873K下的电导率可达0.5 S?cm-1,完全能够满足可控氧流冶金对电导率的要求。 采用圆柱体状氧化锆基固体电解质原电池:Pt︳空气︳ZrO_2(MgO)︳[O]银液︳Ir,利用恒电压法测定了1473-1773K银液中氧的扩散系数,随着温度的升高,银液中氧的扩散系数逐渐变大,得到其与温度的关系为: (?) 初步实验表明利用铬酸镧棒作铁液中的电极引线可以获得较稳定的电信号。利用PARSTAT2273电化学综合测试仪向熔渣四电极体系施加交流阻抗谱信号的方法测定了CaO-SiO_2- Al_2O_3-MgO-FeO系熔渣的电导率。在室温下研究了交流电频率、电极插入深度、溶液深度、交流电大小、电极偏心度、内外电极间距等测试条件对测试结果的影响。在此基础上对熔渣的电导率测定结果表明,在任何组成下,熔渣电导率皆随温度的升高而增大,其关系符合Arrhenius公式。随着渣中FeO浓度的增大,熔渣电导率增大,并且温度系数逐渐减小,电导活化能减小。 以从含FeO熔渣中提取金属铁为例,采用氧化锆管作为引导氧流的介质,使用Ag液作阳极,纯铁棒作阴极,构成电池:Ir |[O] Ag|ZrO_2(MgO)|FeO(slag)|铁棒,进行了外加电压下的可控氧流还原,推导并初步建立了熔渣外加电压电化学还原全过程动力学模型。结果表明,采用可控氧流还原技术从铁氧化物熔渣中直接提取纯金属铁是可行的。外加合适电压可明显促进熔渣中FeO的还原,外加电压越大,起始外电路电流则越大,还原越快。本方法中Ag液可循环使用,为建立全新的绿色冶金短流程工艺提供了可能;而且使用氧化锆管作隔离膜,与传统的接触式还原(例如传统的熔融还原)相比,避免了还原产物受还原剂污染的问题,能得到纯金属。此法不仅可以提取铁,还可以推广到其它贵重金属和难熔金属的制取上。……   
[关键词]:氧化锆;熔渣;扩散系数;电导率;可控氧流还原
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:武汉科技大学2010年