[發(fā)明專利]一種利用金屬鎂還原無水氯化鉻生產(chǎn)高純金屬鉻的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410181712.8
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103952574A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 齊濤;李永利;張繪;曲景奎;余志輝;趙宏欣
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院過程工程研究所
• 主分類號: C22B34/32
• 分類號: C22B34/32;C22B5/04
• 代理公司: 北京法思騰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬鉻生產(chǎn)領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種利用金屬鎂還原無水氯化鉻生產(chǎn)高純金屬鉻的方法。

背景技術(shù)

鉻是脆性金屬不能單獨作為金屬材料，但與鐵、鎳、鈷、鈦、鋁、銅等組成合金后，則成為具有耐熱性、耐磨性及特殊性能的工程材料。這些材料廣泛用于航空航天，核反應(yīng)堆，汽車，造船，噴氣飛機制造、燃汽輪機制造等行業(yè)。但是這些材料對金屬鉻的純度要求都比較高，一般要達(dá)到99.7以上。GB/T28908—2012《高純金屬鉻》中對氫還原高純金屬鉻(GHCr系列)和碳還原高純金屬鉻(GCCr系列)組成進行了規(guī)定，詳見表1.

表1高純鉻化學(xué)組成

金屬鉻的工業(yè)生產(chǎn)方法主要有兩種：鋁熱法和電解法。此外還有爐外鋁熱法、電鋁熱法、硅熱法和三氧化二鉻真空炭還原法。鋁熱法生產(chǎn)金屬鉻工藝簡單，成本低，但是金屬鉻的純度受到限制，一般只能達(dá)到99％～99.7％，要得到高純金屬鉻需要進一步提純，提純工藝復(fù)雜，且成本較高。而電解法得到的金屬鉻純度相對較高，但是仍需要進一步氫還原才能得到符合要求的高純金屬鉻。目前，市場的高純金屬鉻主要是由電解法制備的。電解制備金屬鉻的主要問題是電流效率低，成本較高。

專利申請?zhí)枮镃N200710180044.7的技術(shù)方案提出將酸酐和硫酸按一定比例溶于水制成的電解液，六價鉻離子在電解液中依靠電能轉(zhuǎn)化成金屬鉻沉積在陰極板上制得，由于沒有使用火法冶金，也不用鋁熱還原，使得產(chǎn)品中有害雜質(zhì)含量極低，得到了99.99％的高純金屬鉻，但是存在電解工藝規(guī)模小，電流效率低，成本高等問題。

專利申請?zhí)枮镃N201210467603.3的技術(shù)方案為將三氧化二鉻與碳粉研磨混合，攪拌均勻，壓制成型，在真空條件下使三氧化二鉻被碳黑還原，得到粗鉻；然后，先后通入一氧化碳?xì)怏w、二氧化碳?xì)怏w和氫氣，分別進一步去除粗鉻中殘余的三氧化二鉻、碳黑和氧、硫。雖然真空碳還原工藝能夠得到金屬鉻，但是工藝對氧化鉻與碳的比例要求很高，碳用量不足時會殘余氧化鉻，碳過量時會生成碳化鉻。另外，真空碳還原工藝反對氧化鉻純度要求較高，氧化鉻中的Al和Si等雜質(zhì)難以去除，最終會殘留到金屬鉻中。此發(fā)明雖然解決氧化鉻殘余的問題，并沒有考慮碳化鉻的生成以及氧化鉻中Si和Al的去除問題。

專利申請?zhí)枮镃N201210426676.8的技術(shù)法案采用三氧化二鉻、鋁粉和氯酸鈉混合，把混合料按照前期料和后期料分兩批投料，采用爐外法進行冶煉，制備低氧高純金屬鉻。雖然這種工藝得到了相對低氧的高純金屬鉻，但是金屬鉻的純度很難達(dá)到99.7以上。

綜上所述，雖然關(guān)于高純金屬鉻的制備工藝主要有電解-氫還原法和真空碳還原法，但普遍存在成本高，工藝復(fù)雜，金屬鉻純度不夠等問題。所以，開發(fā)一種工藝簡單，反應(yīng)條件溫和，產(chǎn)品純度高的金屬鉻生產(chǎn)方法有著十分重要的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有電解技術(shù)電流效率低，成本高，生產(chǎn)規(guī)模小；真空碳還原工藝復(fù)雜，產(chǎn)品質(zhì)量難以保證等不足，提供一種工藝簡單、反應(yīng)條件溫和，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品純度高的高純鉻制備方法，為高純金屬鉻的制備提供了一條有效的途徑。

本發(fā)明的利用金屬鎂還原無水氯化鉻生產(chǎn)高純金屬鉻的方法是以無水氯化鉻為原料，金屬鎂為還原劑，在熔鹽介質(zhì)中進行還原反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)水洗、酸洗、干燥后得到高純金屬鉻產(chǎn)品。

本發(fā)明的利用金屬鎂還原無水氯化鉻生產(chǎn)高純金屬鉻的方法該方法包括以下步驟：

(1)對無水氯化鉻進行升華冷凝后，得到純化的無水氯化鉻；

(2)把步驟(1)得到的純化的無水氯化鉻熔入熔鹽，加入金屬鎂進行還原反應(yīng)；或者不采用熔鹽介質(zhì)，直接把金屬鎂與無水氯化鉻進行還原反應(yīng)；

(3)將步驟(2)得到的還原產(chǎn)物進行水洗過濾，得到水洗金屬鉻濾餅；

(4)將步驟(3)得到的水洗金屬鉻濾餅進行酸洗過濾，所述酸洗pH在2～4之間，酸洗時間10～120分鐘，得到酸洗金屬鉻濾餅；

(5)將步驟(4)得到的酸洗金屬鉻濾餅水洗至中性，干燥后得到高純金屬鉻產(chǎn)品。

根據(jù)本發(fā)明所述的方法，步驟(1)在干燥氯氣或惰性氣體流條件下進行升華。

根據(jù)本發(fā)明所述的方法，步驟(2)所述的熔鹽包括LiCl熔鹽、NaCl熔鹽、KCl熔鹽、MgCl熔鹽中的一種或多種。

根據(jù)本發(fā)明所述的方法，步驟(2)采用熔鹽介質(zhì)，所述的無水氯化鉻占熔鹽質(zhì)量的5％～30％；所述的還原反應(yīng)反應(yīng)溫度為400～850℃，反應(yīng)時間為0.5～4小時。