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液态银在熔渣中FeO的电解还原相关研究中的应用

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摘要

前言

第一章 文献综述

1.1 引言

1.2 氧化锆固体电解质的性质及其发展与应用

1.2.1 氧化锆固体电解质的性质

1.2.2 氧化锆固体电解质的发展和应用

1.3 可控氧流电解

1.3.1 可控氧流电解原理

1.3.2 可控氧流电解研究进展

1.4 FeO活度的研究现状

1.4.1 化学平衡法

1.4.2 固体电解质电动势法

1.5 液态银电极的研究现状及发展

1.5.1 银的基本性质

1.5.2 液态银做电极的应用

1.6 常用的电化学测试方法

1.6.1 线性扫描伏安法

1.6.2 循环伏安法

1.7 本课题的提出

第二章 CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeO熔渣组成的确定

2.1 引言

2.2 实验

2.2.1 实验材料

2.2.2 实验仪器设备

2.2.3 实验渣系的制备

2.2.4 实验方法

2.3 结果与分析

2.3.1 开路电位-时间

2.3.2 线性扫描曲线分析

2.4 小结

第三章 熔渣中FeO的活度测定

3.1 引言

3.2 实验

3.2.1 实验材料

3.2.2 实验原理

3.2.3 实验过程

3.3 结果与分析

3.4 小结

第四章 熔渣中铁离子的电化学行为初探

4.1 引言

4.2 实验

4.2.1 实验材料

4.2.1 实验过程

4.3 结果与讨论

4.3.1 液态银作工作电极

4.3.2 铁棒作工作电极

4.4 小结

第五章 液态银作阳极的可控氧流电解实验

5.1 引言

5.2 实验

5.2.1 实验材料

5.2.2 实验过程

5.3 结果

5.3.1 不同温度下电解的结果

5.3.2 不同外加电压下电解的结果

5.3.3 不同稳定剂的氧化锆管电解的结果

5.4 讨论与分析

5.4.1 不同温度下电解的讨论与分析

5.4.2 不同外加电压下电解的讨论与分析

5.4.3 不同稳定剂的氧化锆管电解的讨论与分析

5.5 小结

第六章 结论

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目

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摘要

在环保和节能问题日益突出的今天,传统冶金技术的弊端日渐明显,一种绿色环保的提取金属的新技术——“可控氧流还原”得以发展,但与此技术相关的基础研究较为缺乏,其中一个原因是难以找到合适的电极。液态Ag导电性好、抗氧化能力强;另外铁在液态Ag中几乎不溶解。基于这些特性,本文主要研究了液态Ag电极在熔渣中FeO的电解还原相关研究中的应用,以期为在冶金中扩大Ag的应用范围提供参考,并为后续可控氧流还原技术的开发提供依据。
  首先采用MgO稳定的氧化锆管构建可控氧流电池,利用线性扫描伏安曲线确定出对电解还原提铁有利的CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeO五元渣系组成。在此基础上,采用构建的内装有液态Ag的固体电解质管状电池新装置测定了熔渣中FeO的活度,结果表明:电池开路电位随着熔渣中FeO的含量的增大而减小,而获得的FeO活度相应增大。FeO活度测定值介于利用Factsage热力学软件和正规离子溶液模型的理论计算值之间。测定结果也表明熔渣中FeO活度相对理想溶液呈现正偏差。
  分别采用液态银和铁棒做工作电极,采用开路电位、线性扫描伏安法、循环伏安法研究了CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeO熔渣中FeO的电化学行为。发现选用Ir丝插入液态银中作工作电极得到的熔渣循环伏安曲线不稳定,重现性差,因此液态银不适合作为工作电极进行熔渣组元高温电化学行为研究。而铁棒做工作电极时电流较大,无法确定渣中Fe2+的还原是否可逆。
  采用MgO或Y2O3稳定的氧化锆管,内装液态Ag作为阳极,外加1.5V(或2V)电压,分别在1623、1673、1723K的温度下,进行了从内装5.2% CaO-42.3%SiO2-8.1% Al2O3-14.4% MgO-10% FeO(wB)熔渣的铁坩埚(兼作阴极)中提取金属铁的研究,结果表明:升高温度有利于电解还原Fe枝晶的析出,并且温度越高,生成的铁枝晶越多。铁坩埚上铁枝晶的析出与阴阳极之间熔渣的电阻有关,氧化锆管离铁坩埚壁越近,越容易析出铁枝晶。熔渣对氧化锆固体电解质的侵蚀主要是以渗透为主,同时还伴有少量的ZrO2的溶解,熔渣与氧化锆界面均没有明显的新相生成。在1623K到1723K的温度之间,温度越低,熔渣对氧化锆的侵蚀越严重,这可能是由于低温下熔渣中未被还原的FeO含量很高,导致对氧化锆的侵蚀严重。

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