外加电场对熔渣中磷元素迁移的影响

在钢铁行业所产生的各种固体废弃物中，钢渣占有较大的比例。钢渣在高温熔融状态下降温凝固而成，具有成分上高碱度、铁氧化物含量较高的特点，在探索其利用途径时发现其力学强度较高、体积不稳定、水化活性低，这些特点均为其利用与研究提供了依据。

钢渣高碱度和较高的铁氧化物含量使其可以在钢铁企业内循环利用，通常用于配入烧结和转炉的留渣操作。可是钢渣在转炉冶炼过程中吸收了钢液中的磷，如果不对磷进行脱除便在内部循环使用，将会造成磷在冶炼流程中富集，降低钢材品质。还原法是在高温条件下通过向钢渣中添加还原剂将钢渣中的磷还原，由于钢渣中含有一定的铁氧化物，在还原过程中会产生金属铁，还原出的磷一部分会以气态的形式脱除。近年来我国有不少学者对还原脱磷进行了研究，并有企业在转炉溅渣护炉环节进行了气化脱磷试验，取得了一定的成效。在汉斯出版社《冶金工程》期刊中，有学者试图通过在熔渣中施加电场，以电化学的方式还原并脱除熔渣中的磷。

试验结果表明，不论是正加还是反加电场，负极处熔渣的碱度更高而P₂O₅含量更低。负极附近碱度高于其它地方是由于在负极处金属阳离子被还原，需要正极一侧的阳离子来补充，根据熔渣的离子理论，在熔渣中Si⁴⁺、Al³⁺、P⁵⁺以络合阴离子的形式存在，移动困难，而Ca²⁺以简单阳离子的形式存在，移动要比络合阴离子容易，也就是说熔渣中阳离子的电迁移率要高于阴离子，因而Ca²⁺由正极向负极迁移，在施加电场的同时，炉内的温度也在逐渐降低，因而熔渣内部通过对流来均匀成分的作用受到很大的限制，所以出现了负极处氧化钙含量增加的现象。

负极处渣样磷含量低是由于熔渣中的磷在负极发生还原，以气态或溶解于钢液的形式脱离熔渣，反加电场渣样中负极处磷可能以气态的形式脱除，而正加电场渣样中磷以溶解于钢液的形式脱除。

同时还存在三个明显的现象，具体可描述为下面三个方面：1) 施加电场后钢液与熔渣界面的双电层发生改变，由于电毛细作用，渣金界面张力也发生变化，可能会对反应速度有一定的影响。2) 反加试样中正极处发生氧离子的氧化，与钢液中的碳反应生成CO及CO₂并排出，气体排出时对熔渣具有搅动作用，有利于降低熔渣中磷的浓度差。3) 在低碱度的熔渣中阴离子主要是硅离子、铝离子和氧离子形成的复杂络阴离子，简单氧离子比较少，在正极发生氧离子的氧化反应时，可能会有络阴离子的分解，使得Si⁴⁺、Al³⁺、P⁵⁺由络阴离子中分离出来，反应活性增加，加快了反应向平衡态移动。

最后是对于试验结果需要进一步探讨的问题。依照上述结论熔渣与钢液之间尚未达到平衡态，在正加电场试样中钢液负极发生了熔渣中磷的还原和磷溶解于钢液中，这与渣金间原本的反应的方向是一致的，这样的话在外加电场的电化学作用下，正加电场试样熔渣中的磷含量应该有更加明显的降低，而试验结果表明正加电场试样中熔渣的磷含量却高于反加电场试样。