[发明专利]熔锍定铁传感器

说明书

本发明属冶金检测技术。

以火法造锍冶炼法制取铜、镍、钴为目前国内外最重要的方法。这种方法在去除杂质、浓集铜、镍、钴过程中又多以熔锍中铁的含量为吹炼终点判据。吹炼终点铁含量要控制适当，过高会使后序流程处理困难、电耗增大；过低则造成资源流失(贵重金属被吹损)。目前熔锍定铁多采用化学分析方法，此法费时费力且难以准确反映熔锍中铁含量，使及时准确控制生产流程十分困难。

为克服化学分析方法之不足，发明人采用固体电解质辅助电极型化学传感器可实现在熔锍中快速准确定铁之目的(见M.Iwas，Scandinavian Journal of Metallurgy 17(1983)50～56)。

本发明的核心内容在于寻求一种能够满足定铁要求的辅助电极的新型材料。这种材料应该是：(1)必须含有待测元素的稳定氧化物；(2)其活度在测定温度范围固定已知；(3)使用温度范围化学稳定性良好(即不受熔锍中其他元素的影响或影响甚小)。

根据相图资料、热力学计算及实验室和现场测试，满足上述要求的材料有MgO+MgFe₂O₄；Cr₂O₃+FeCr₂O₄；La₂O₃+LaFeO₃。其中La₂O₃+LaFeO₃在烧结在固体电解质ZrO₂管上以后随时间推移会因吸湿而脱落，而Cr₂O₃+FeCr₂O₄则存在稳定性欠佳、制备困难等不足，故最佳辅助电极材料应为MgO+MgFe₂O₄。

以MgO稳定的ZrO₂固体电解质，以Mo和MoO₂为参比电极、以MgO+MgFe₂O₄为辅助电极所构成的定铁传感器的原电池形式为：

Mo|Mo，MoO₂|ZrO₂(MgO)|MgO+MgFe₂O₄|〔Fe〕_锍，Mo其中〔Fe〕_锍为铁在熔锍中的含量。

电池反应为：阳极反应：阴极反应：电池反应为：            其中下角(s)表示固态，(ss)表示固溶自Fe₂O₃中的MgO，其活度(α_MgO)可根据MgO-Fe₂O₃相图从MgO固溶区边界求出其与温度(T)的关系：

        α_MgO＝1.5592-0.0004T，

由Nernst方程可得铁活度(α_〔Fe〕)与传感器电动势(E(mv)〕的关系为： Ln α [ Fe ] = 2.6251 - 2611.4 - 34.819 E ( mv ) T ]]> - 1 2 Ln ( 1.5592 - 0.004 T ) ]]>。