[發明專利]一種利用碳還原法生產高純金屬鉻的方法

有效

• 申請號: 201210467603.3
• 申請日: 2012-11-19
• 公開（公告）號: CN102965526A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 林文漢;林晨星;張海濤;任雷
• 申請（專利權）人: 錦州新橋高純材料有限公司
• 主分類號: C22B34/32
• 分類號: C22B34/32;C22B5/10
• 代理公司: 錦州遼西專利事務所 21225
• 代理人: 李輝

技術領域

本發明涉及一種生產高純金屬鉻的方法，特別涉及一種利用碳還原法生產高純金屬鉻的方法。

背景技術

??金屬鉻被廣泛應用于玻璃鍍膜、鋼鐵合金、鍍膜靶材、航天航空材料、蒸汽輪機等領域。特別是在鍍膜靶材、航天航空材料和蒸汽輪機領域的應用上，對金屬鉻的純度要求非常高，一般需要純度為99.9%以上的高純鉻。

工業上生產高純金屬鉻的主要方法是電解法、鋁熱還原法和碳還原法。電解法和鋁熱還原法生產的金屬鉻純度受限制，一般只能達到99.0%～99.7%，需要再次提純制備高純金屬鉻（純度為99.9%以上，氧、碳、硫含量都低于0.03%），處理工藝復雜，生產成本高；此外，電解法所生產的金屬鉻的氧、硫含量都很高，需要用高溫氫氣去除氧、硫雜質，能耗高。碳還原法具有成本低和無污染環境的優點，但碳還原法生產三氧化二鉻的機理相當復雜，生產過程時，容易出現產品中殘留三氧化二鉻或碳粉，影響產品純度。

目前，碳還原法生產高純金屬鉻時，通常采用二步法進行碳還原，首先用碳粉將三氧化二鉻還原成粗鉻，將粗鉻進行研磨，根據粗鉻中三氧化二鉻和碳粉的含量再加入一定量的碳粉或三氧化二鉻粉，然后用高壓壓制成塊狀（由于已經產出的粗鉻很硬，壓力必須大于100MPa）或燒結，回爐還原，得金屬鉻。其缺點是：生產工序復雜，原料不夠純、使用粘結劑或研磨對產品造成污染，金屬鉻純度低于99.85%，非金屬雜質如氧、碳和硫含量高，氧含量＞0.1%，碳含量＞0.008%，硫含量＞0.01%，達不到高純金屬鉻要求，產品質量不穩定。

US5092921采用Ni、Cu、Sn、Hg等去硫金屬來處理硫含量，但是該工藝很難保證去硫金屬的準確配比，造成去硫金屬殘留在金屬鉻中，金屬鉻純度無法進一步提高。

US6106765公開了一種去除金屬鉻中非金屬雜質的方法，該方法將金屬鉻研磨成粉末，用高壓機械把鉻粉壓制成塊狀，通入氫氣，在高溫條件下去除非金屬雜質如C、O、S和N。該方法處理的金屬鉻C含量和S含量都較低，S含量＜10ppmw，C含量＜30ppmw；但該方法需采用壓制的鉻塊，不利于氫氣在鉻塊內的流通，處理時，所需反應時間長，氫氣流量大，生產成本高。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種利用碳還原法生產高純金屬鉻的方法，該方法處理工藝簡單，生產成本低，產品質量穩定。

本發明的技術解決方案是：

一種利用碳還原法生產高純金屬鉻的方法，其具體步驟如下：

1.1將三氧化二鉻粉和碳黑粉按照質量比1:0.2～1:0.28混合均勻，得混合粉料，加入去離子水或酒精作為成形劑，形成混合濕料，所述三氧化二鉻粉和碳黑粉的粒度分別＜250μm，所述混合干料與去離子水或酒精的質量比為1:0.2～1:0.35；

1.2將混合濕料壓制成20g～500g的混合濕料塊，在100℃～300℃下，烘干，得混合料塊；

1.3將混合料塊放入真空爐中，將真空爐真空度控制在10Pa～50Pa，溫度提升至1300℃～1500℃，保溫1h～2.5h；將真空度提升至1000Pa～10000Pa，在1300℃～1500℃下，保溫10h～30h，使三氧化二鉻被碳黑還原，得到粗鉻；

1.4在1300℃～1500℃下，向真空爐中通入一氧化碳氣體，真空度控制在1000Pa～10000Pa，保溫3h～8h；向真空爐中通入二氧化碳氣體，真空度控制在1000Pa～10000Pa，在800℃～1000℃下，保溫3h～8h；

1.5在真空度＜300Pa的環境下，降溫至低于100℃后出爐，得高純金屬鉻塊。

在步驟1.4通入一氧化碳氣體前將粗鉻進行搗碎。

在步驟1.4通入二氧化碳氣體反應后，通入氫氣，真空度控制在1000Pa～10000Pa，在1400℃～1500℃下，保溫3h～8h，以降低硫雜質的含量。

所述三氧化二鉻粉的純度＞99.0%，平均顆粒度為20μm～100μm，以提高還原反應速度。

所述碳黑粉的含硫量＜0.01%，平均粒度為1μm～50μm，以提高還原反應速度。

所述混合濕料塊的質量為30g～200g，壓制混合濕料塊的壓力為0.2?MPa～0.5MPa，使氣體容易在混合料塊內流通。?

在步驟1.1將三氧化二鉻粉和碳黑粉混合前，對三氧化二鉻粉和碳黑粉進行提純處理。

所述三氧化二鉻粉提純處理時，將三氧化二鉻粉用酸進行酸洗，所述酸為鹽酸、硝酸、氫氟酸、王水中的一種，酸洗后，用去離子水脫酸，烘干，以降低金屬雜質的含量。