» » Влияние постоянного и переменного тока на удаление серы из шлака в газовую фазу
18.12.2014

В первых исследованиях по электролитическому обессериванию металла установки конструировались таким образом, что отрицательный полюс подводился к металлу, а положительный, присоединенный к электроду, погружался в шлак. В работах было показано, что десульфурация металла и шлака протекает достаточно эффективно и в том случае, когда ток подводится к электродам, погруженным только в шлак. Этот эффект авторы объясняют следующим образом. На границе раздела шлак—газ скорость удаления серы определяется стадией обмена электронами между ионами серы и атомарным кислородом в поверхностном слое:
Влияние постоянного и переменного тока на удаление серы из шлака в газовую фазу

а также диффузией ионов серы в шлаке. Вследствие электролитического переноса ионов S2- к аноду при прохождении тока в шлаке возникает градиент концентрации серы. Примыкающая к аноду граница шлака с газом обогащается серой, и скорость выгорания серы увеличивается. Другими словами, анодный ток ускоряет собственно химическое окисление серы газообразным кислородом путем повышения концентрации ионов S2- на поверхности разделу шлак—газ, что подтверждено специальными опытами по измерению поверхностного натяжения шлака.
Закономерности при электролизе переменным током аналогичны таковым для постоянного тока, только эффективность переменного тока почти в 2 раза меньше. Влияние анодной поляризации составляющей переменного тока на границе шлак—газ больше, чем постоянного. Ho время, в течение которого она проявляется, вдвое короче. Влияние переменного тока не сводится к простой сумме анодного и катодного эффектов. При смене анодной составляющей на катодную разряд ионов S2- прекращается, но диффузия их продолжается в том же направлении из-за наличия градиента концентрации. Таким образом, к началу нового анодного периода разряд ионов S2- начинается при большей их концентрации у анода, чем при постоянном токе. Поэтому влияние анодной составляющей переменного тока больше, чем постоянного.
Влияние постоянного и переменного тока на удаление серы из шлака в газовую фазу

Для более подробного анализа процесса удаления серы из шлака авторы исследовали кинетику анодного удаления серы из расплавленных шлаков методом снятия поляризационных кривых на платиновых и угольных анодах. Исходным электролитом служил шлак, содержащий 33,6 мас.% CaO; 33,6А12О3; 28В2О3 и 4,8SiО2. На поляризационных кривых (рис. 32), полученных для фона, отмечены горизонтальные участки, соответствующие предельным токам процесса окисления железа:
Влияние постоянного и переменного тока на удаление серы из шлака в газовую фазу

Они описываются простейшим уравнением концентрационной поляризации
Влияние постоянного и переменного тока на удаление серы из шлака в газовую фазу

Резкое возрастание тока при ηа≥0,12 В авторы связывают с появлением процесса разряда ионов кислорода:
Влияние постоянного и переменного тока на удаление серы из шлака в газовую фазу

Введение сульфида кальция в расплавленный шлак вызывает новый подъем кривой при ηа = 0,4/0,5 В и появление вторых предельных токов при поляризациях, меньших, чем в случае выделения кислорода. Они обусловлены процессом анодного окисления серы, происходящим наряду с реакцией (6.4):
Влияние постоянного и переменного тока на удаление серы из шлака в газовую фазу

По зависимости in от скорости перемешивания расплава установлено, что окисление серы протекает в диффузионном режиме. На угольном аноде в отличие от платины разряд ионов серы начинается при поляризациях, близких к нулю. Для увеличения выхода по току значения i должны подбираться в зависимости от содержания серы и интенсивности перемешивания. В частности, в случае естественной конвекции и содержания CaS до 2 мас.% высокие (80%) выходы по току серы можно получить при i = 0,15 А/см2.