含FeO熔渣对ZrO_2固体电解质侵蚀性研究

摘要

采用热力学计算软件FactSage中的Equilib平衡计算模块,模拟研究静态条件下SiO2-CaO-Al2O3-MgO-FeO五元渣系对ZrO2材质的侵蚀特性。利用MgO稳定的ZrO2固体电解质管与碳饱和铁液以及酸性渣构建可控氧流电池,分别进行电池在开路条件与外加电势条件下的侵蚀实验,并通过SEM、EDS分析检测,讨论酸性渣可控氧流电解时ZrSiO4新相的形成机理以及对固体电解质导电性能的影响。结果表明,ZrO2的侵蚀程度随温度的升高和渣中FeO含量的增加而增加;在低碱度和高碱度条件下,熔渣与氧化锆之间分别会有ZrSiO4和CaZrO3生成;相对于静态以及开路条件,外加电势电解条件下酸性熔渣与氧化锆之间易形成新相层,从而显著增大电池内阻,阻碍氧离子迁移,但也能减轻或阻碍熔渣对ZrO2固体电解质的渗透侵蚀;可控氧流电解时酸性渣中初始FeO含量最好低于20%,碱度R最好在0.23～0.80之间。