铬的性质及分析方法综述.docx
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铬的性质及分析方法综述
铬的性质及分析方法综述
一、铬的基本性质
表1：
铬的基本性质
元素符号
Cr
原子系数
24
相对原子质量
51.996g/mol
颜色
金属铬是银白有光泽金属
熔点
2130℃
沸点
2945℃
密度
7.20g/cm3
导电性
差
机械性能
质硬
同位素及放射线
49Cr、50Cr、51Cr、52Cr、53Cr、54Cr
金属稳定性
金属铬的还原能力强，能溶于盐酸、硫酸和高氯酸；但在其它酸中会形成保护性氧化膜，连王水也不可溶解；高温下能被强碱侵蚀。
所属族系
铬位于第三周期第VIB族。
化学活性
铬为不活泼金属，在常温下对氧和湿气都是稳定的，但和氟反应生成CrF3。
金属铬在酸中一般以表面钝化为其特征。
一旦去钝化后，极易溶解于几乎所有的无机酸中，但不溶于硝酸。
在高温下，铬与氮起反应并被碱所侵蚀。
可溶于强碱溶液。
铬具有很高的耐腐蚀性，在空气中，即便是在赤热的状态下，氧化也很慢。
不溶于水。
镀在金属上可起保护作用。
温度高于600℃时铬和水、氮、碳、硫反应生成相应的Cr2O3，Cr2N和CrN,Cr7C3和Cr3C2,Cr2S3。
铬和氧反应时开始较快,当表面生成氧化薄膜之后速度急剧减慢；加热到1200℃时，氧化薄膜破坏，氧化速度重新加快，到2000℃时铬在氧中燃烧生成Cr2O3。
铬很容易和稀盐酸或稀硫酸反应,生成氯化物或硫酸盐，同时放出氢气。
化合价
化合价在分析化学中有-2价、-1价、0价、+1价、+2价、+3价、+4价、+5价、+6价。
氧化物
铬有+3和+6两种氧化态的氧化物。
卤化物
氟化铬具有腐蚀性，受高热分解成氟化氢等有毒气体；
三氯化铬易溶于水，溶于乙醇，不溶于乙醚。
加热分解，用于制备铬盐、媒染剂、镀铬、颜料、催化剂等，由氢氧化铬与盐酸作用制得。
氯化铬酰由三氧化铬与盐酸作用制得，易挥发。
硫化物
硫化铬是铬的硫化物，化学式Cr2S3，不溶于水。
盐类
主要为铬酸盐和重铬酸盐
资源情况
金球铬资源丰富，现己探明储量约为75亿吨，可开采储量为48亿吨，主要分布在南非（83.3%）、哈萨克斯塔（8.9%）、津巴布韦（3.9%）等地
冶炼制备
钢铁工业中广泛应用的铬铁合金和硅铬合金是用电炉冶炼的。
金属铬生产则采用金属热还原（铝热）法及电解法。
用途
1、冶金工业：
铬铁合金作为钢的添加料生产多种高强度、抗腐蚀、耐磨、耐高温、耐氧化的特种钢；金属铬主要用于与钴、镍、钨等元素冶炼特种合金；
2、耐火材料：
制造成铬砖、铬镁砖和其它特殊耐材料；
3、化学工业：
主要用来生产重铬酸钠，进而抽取其它铬化合物，用于颜料、纺织、电镀、制革等工业，还可制作催化剂和触媒剂等。
二、铬的试样分解方法及测定方法
表2：
铬的试样分解方法比较
序号
铬试样分解方法
方法原理
特点
1
熔融分解法
过氧化钠分解法：
视分解温度的不同，可分为半熔（烧结）和全熔两种分解方法。
在（500±10）℃用过氧化钠半溶可使铬铁矿分解，时间为30min左右，熔剂量为试样量的10倍。
全熔的温度在650∽700℃。
半熔法对铂坩埚的损耗小于1mg，空白半熔时间不超过3min。
即使在银坩埚中半熔，银的损耗量也不大。
全熔严禁使用铂坩埚，可以锆、铁或高铝坩埚中进行。
过氧化钠-氢氧化钠分解：
在过氧化钠中加入一定量的氢氧化钠，其比例为5：
2或2：
1，在（520±10）℃使试样熔融分解，熔剂量为试样量的10倍。
熔融时间为25∽30min。
熔融可在铂、银、锆、铁和高铝坩埚中进行。
在铂坩埚中一次熔样，损耗在1mg以下。
其熔样效果优于过氧化钠半熔。
硼酸（硼砂）-碳酸钾钠（碳酸钠）分解：
熔样温度约为1000℃
因引入大量硼，使其后的测试工作变得较为复杂。
对铂坩埚的损耗也较多，熔块提取也较麻烦，不如过氧化钠的应用广泛。
2
酸溶分解法
磷酸-硫酸分解法：
分解温度宜控制在250℃左右，硫酸与磷酸的比例为1：
1或1：
2时，分解温度可升高至360∽380℃。
溶样速度快，手续简便，应用广，常用于铬、全铁和亚铁的测定，但不适用于多项分析或全分析。
氢氟酸-高氯酸分解法：
在试样分解的同时，将铬氧化成高价，趁热滴加浓盐酸可使铬以氯化铬酰形式挥发。
与较碱熔法，较为费时，操作也较麻烦，氯化铬酰气体毒害人的健康。
目前，常用的铬试样分解方法是碱熔法。
三、铬的分离、富集方法
表3：
铬的分离、富集方法比较
序号
分离、富集方法
原理
特点
1
氯化铬酰挥发法
用高氯酸分解试样，铬被氧化成高价，滴加盐酸或加入氯化钠，Cr6+以氯化铬酰气体挥发。
部分Cr6+又被还原，需用高氯酸反复氧化，再用盐酸或氯化钠除铬。
重复10多次后，绝大部分铬可被除去。
2
共沉淀分离法
强碱沉淀分离：
在pH>11的碱性溶液中，铁、锰、钛、钴、镍和镁等金属元素被定量沉淀，而Cr6+则以CrO42-形式留在溶液中
此法对铬的分离效果极好。
若溶液的碱度过大，则过滤困难，且铁也有少量进行溶液。
氢氧化铵沉淀分离：
用氢氧化铵或六次甲基四胺作沉淀剂，可使铁、铝等元素与Cr6+分离，也可使Cr3+沉淀而与碱金属和碱土金属分离。
此法对铬的分离不完全。
3
离子交换树脂分离
1）动态交换分离：
将苯乙烯型强碱性阴离子树脂用水浸泡使其溶胀，再用水洗净，用盐酸溶液浸泡过夜，再用水洗至无黄色后装入交换柱中，在酸性溶液中，铬以Cr2O72-形式被树脂吸附。
2）静态交换分离：
在待交换分离铬的溶液中加入一定量的处理好的树脂，待溶液中铬的橙色褪去溶液呈浅黄色后，过滤，用盐酸反复洗涤树脂至流出液中无铁离子。
3）干树脂交换分离：
将处理好的树脂烘干8h以上，将待交换分离铬的溶液中加入一定量的处理好的干树脂，充分摇动约10min
动态交换分离效果优于静态交换，但需要安排交换柱，操作上也较麻烦。
静态交换因便于操作，在铬铁矿分析中应用广泛。
干树脂交换分离适用于低含量组分的测定。
目前在在铬试样的分离富集中常用的是氯化铬酰挥发法和沉淀分离。
四、铬的测定方法
表4：
铬的测定方法比较
1
原子吸收光谱法
酸溶：
试样用硫-磷混酸分解，以硫酸-硫酸钠作为干扰元素的抑制剂，使用空气-乙炔火焰于波长359.9nm处，原子吸收光谱法测定铬。
灵敏度高、选择性好，操作简便、容易掌握、分析周期短、干扰小等优点。
碱熔：
试样用过氧化钠熔融，水提取后干过滤。
滤液用硫酸中和，以硫酸-硫酸钠作为干扰元素的抑制剂，使用空气-乙炔火焰于波长359.9nm处，原子吸收光谱法测定铬。
2
氢氧化钠底液极谱法
试样用过氧化钠熔融，用沸水提取，若溶液出现紫色可滴加几滴乙醇。
定容时加入亚硫酸钠和明胶溶液。
取上层清液进行测定。
催化极谱法测定铬，相对来说分析精度较低，全流程空白较高。
3
二苯碳酰二肼光度法
试样经碱熔后提取，取清液加硫酸中和，加入二苯碳酰二肼形成可溶性紫红色配合物，借此进行铬的光度测定。
灵敏度高，配合物可稳定1h。
需要控制好显色溶液的酸度。
4
铬酸盐光度法
试样经碱熔后提取，铬以CrO42-形式进入溶液，借其黄色进行铬的光度测定。
处理过程要防止钡、铅与CrO42-部分沉淀，铜、锰量较多时，加少许甲醛煮沸清除。
5
容量法
酸溶-硫酸亚铁铵容量法：
试样用硫-磷混酸分解，以硝酸银为催化剂，用过硫酸铵作铬的氧化剂。
用硫酸亚铁铵标准溶液滴定至淡黄色。
操作较麻烦，干扰较多
碱熔-硫酸亚铁铵容量法：
试样以过氧化钠-氢氧化钠或过氧化钠作熔剂，熔融后铬被定量氧化至高价，用盐酸中和冷却后加入硫-磷混酸，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定至溶液呈淡黄色，加二苯胺磺酸钠溶液，继续滴定至溶液由蓝紫色突变成亮绿色
操作较麻烦
6
电感耦合等离子体发射光谱法
试样经磷酸-硫酸混合酸分解，于等离子体发射光谱上测定
灵敏度高、选择性好，操作简便、容易掌握、分析周期短、干扰小等优点。
目前在铬试样的分析方法中，常用的是容量法和ICP-AES法。
参考资料
书籍：
1.岩石矿物分析第四版第三分册，P152-165
2.岩石和矿石分析规程，P92-102
3.无机化学，第二版化学工业出版社P250-271
4.矿石及有色金属分析手册P87-90
学术论文：
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