电解法制取金属铬粉工艺研究图文.docx

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电解法制取金属铬粉工艺研究图文

第17卷第4期2001年12月

昆明冶金高等专科学校学报

JournalofKunmlngMetallurgyCoUege

Dee.2001电解法制取金属铬粉工艺研究

范家友

（昆明冶金高等专科学校环境与市政工程系,云南昆明650033

摘要:

文章分析了电解法制取金属铬的工艺,对其中除铁、冷冻、电解三个工序进行了重点研究,得出了完善工艺流程的办法。

关键词:

电解;铬铁合金;铬;工艺流程

中图分类号:

TFl25文献标识码:

A文章编号:

1009--0479（200104-0027--04

铬是重要的合金元素之一,在工业中应用很广泛,15%用于生产化工原料及染料等化工行业;10%用于耐高温及铸造业,如生产高温合金、电热合金、精密合金、不锈钢等;75%用于冶金行业,生产耐（抗腐蚀性强的电镀金属零部件、钢材等。

近年来,铬还用于军事、导弹、火箭等高技术领域。

铬在自然界的主要矿物是铬铁矿,其组成为FeO・Cr20,或FeCrO,我国铬矿资源较贫乏,所用铬矿主要依靠进口。

金属铬的生产方法有金属热法和电解法,金属热法不仅资源、能源利用率低,而且排放大量含铬废渣、废气,造成严重的环境污染;电解法则可得到较高的资源利用率,且大大减少了对环境的污染,因而具有很强的现实意义和战略意义。

根据对市场需求量调查及我国目前的生产状况,提出了电解法制取金属铬的实验研究课题,主要研究其生产工艺。

研究的基本方法是:

用铬铁合金为原料,经过化学处理得到铬铵矾,然后电解铬铵矾得到金属铬（99%以上,为今后进一步研究金属纯铬（99.99%打下基础。

本工艺的研究主要在除铁、冷冻、电解三个基本工序上提出自己的观点,具体的实验研究过程如下。

1铬铁合金转化为铬铵矾的浸出工艺试验所用原料为市购浓硫酸（96%-98%、含铬42.07%的铬铁合金、硫酸铵（99%。

1.1试样处理

将总量为15009的铬铁合金,经初步破碎后,用磨矿机磨45min,然后用80目标准筛全部筛分后,得到试样。

1.2试样浸出

把试样缓慢地加入事先加热到90℃以上的硫酸溶液（4009/L中,并不断搅拌,直至15009试样全部溶解为止。

然后过滤,滤液保存备用,滤渣洗涤后回收使用（用热硫酸溶液再次溶解,实际硫酸用量为理论用量的110%。

主要化学反应为:

2Cr+2H2;s04—}Cry（SO,2+2H2

Fe+H2S04-÷FeS04+H2

1.3浸出时间

由于溶解用电炉加热温度不易控制,造成浸出液温度太高、易喷沸,加之试样的粒度大,不利于试样的溶解。

因此把15009试样全部浸出完,实际浸出时间为6h,其浸出率能达到96%左右。

1.4浸出结果

对浸出液进行计算、分析后,得出浸出液的结果见表1。

表1浸出液浸出结果

其余成分为碳,硅渣等不溶物质

收稿日期:

2001—11-05

作者简介:

范家友（1963一,男,云南昆明人,讲师,从事实践教学及方法研究、实验室管理与建设。

・28・昆明冶金高等专科学校学报2冷冻结晶除铁工艺

浸出液必须除去其中的铁,才能满足电解工

艺及其对产品质量的要求。

工艺上除铁的方法很

多.但要达到在Cry（SO,,条件下除铁又保证浸出

液中的铬不造成大的损失,因此选择适合的除铁

方法是技术的关键。

在结合工艺特点和要求的情

况下,经过试验研究比较,认为在浸出液中加硫酸

铵除铁较理想。

即在有硫酸铬、硫酸铁溶液存在且

含铁高于铬的情况下,加硫酸铵后生成的铁铵矾、

铬铵矾在冷冻条件下有良好的分离效果。

2.1铁铵矾、铬铵矾的生成

浸出结束后,经过滤后得到总的浸出液为

9.4L,其主要化学成分为Cr61.909/L、Fe67.29lg/L。

经计算,在浸出液中直接加入一定量的硫酸铵后,

溶液就生成铬铵矾和铁铵矾,其主要化学反应为:

Cr2（S043+（NH4》S04_cr2（so,3（NH42s04（铬铵矾

FeSO。

+（NH4S04_Fe（NH4z（S042（铁铵矾

2.2铬、铁分离的条件

试制过程中为使铬铵矾和铁铵矾能够充分生

成,在加入硫酸铵之前,必须对浸出液的浓度进行

调整。

试验得到的经验是冷冻前必须把浸出液中

的铬含量调至659/L,如果冷冻液中铬含量过高,

结晶太细成泥状,会夹带机械杂质;冷冻液中铬含

量过低,结晶成块大,杂质又会吸附或夹杂在结晶

中,不利于铬、铁分离,除铁效率较低。

据分析浸出

液中铬含量已达到61.909/L,为了确保铬、铁的

的含铬量为65.019/L。

浓缩溶液经计算,完全按理论量加入硫酸铵

液中含铬的重量即:

加硫酸铵时溶液要加温至85℃左右,并不断

搅拌,待其全部溶解后静置、冷却,再送去冷冻。

2.3冷冻的条件、结果

冷冻是利用铁铵矾与铬铵矾在低温时溶解度

的不同,使铁与铬分离,以达到除铁的效果。

温度

0q2时,铁铵矾的溶解度为0.49/L,铬铵矾的溶解

度为709/L,此时,铁铵矾以绿色结晶的形式存

在,而铬仍留在溶液中,经过滤后可把95%的铬、

铁分离。

为了降低生产成本、获得好的铬、铁分离效

果,技术上选择在家用冰箱里进行冷冻的工艺试2001年12月

验方法。

实际冷冻时间是20h,降温较慢,经约6h后,温度达60C左右,分离了95%的铁,获得了较好的冷冻效果。

从目前的技术资料看,未见有在含铬溶液中用硫酸铵除铁的方法,而本实验证明了这是一种切实可行的工艺方案。

冷冻结果表2。

表2冷冻结果

冷冻前溶液Cr:

69.26:

84.26=100:

l24

冷冻后溶液Cr:

69.26:

3.40=100:

3.76

除铁率（84.26—3.40/84.26---95.96%

2.4结晶

结晶的过程就是铬铵矾生成的过程,即把冷冻过滤除去铁以后得到的溶液（绿色,经过40~50℃保温2h后,放在塑料桶、盆中静置7天,使铬铵矾以紫红色颗粒结晶出来,此过程没有化学反应发生。

3电解

实际上,在铬铵矾的结晶过程中,同时伴随有进一步净化除铁的过程。

因此,必须在清洁的环境下完成,否则铬铵矾结晶不纯,影响电解结果。

电解是得到最终产品的主要步骤,电解有六价铬酸电解,三价铬的硫酸盐电解及氧化物电解。

采用三价铬的硫酸盐电解,即以铬铵矾为原料,配制一定浓度的溶液,装入电解槽,用不锈钢作阴极,铅银合金作阳极,通以一定的直流电后,在阴极,硫酸铬不断获得电子,被还原成亚铬酸盐和析出金属铬;在阳极,硫酸铬盐部分被氧化为铬酸并生成硫酸。

3.1电解液的配制

用热水把结晶出的铬铵矾溶解,配成铬含量为90一1109/L及509/L两种溶液,作为阴极底液及以后的阴极室补充液。

用于阴极底液的部分,只需装满电解槽的阴极室并满足造液期的补充即可,其余的都配成阴极补充液;阳极底液则是在纯水中加入3009/L硫酸即成。

3.2电解设备及参数

采用江苏省淮阴市仪器仪表厂生产的HYl791—5S直流电源调节器（额定电压0~30V,电流5A。

阴极材料——不锈钢板,阳极材料——铅银

第4期范家友:

电解法制取金属铬粉工艺研究・29・合金,电解槽用50mm的有机玻璃板制成,用普

通布作隔膜材料,分隔阴、阳极。

阴极板面积为110mmx60mm,电解槽液深

84ram,槽有效面积为84×60×2=10080mm2。

由于实验室条件所限,电解时电流强度为

5.47A,电流密度仅为5.47A/dm2,电解时的槽电

压为5-6V。

如能提高电流强度或密度,则可获得

更好的电解效果。

3.3电解操作

为使电解顺利进行,保持一定浓度的电解液

酸度,将阴、阳极板用隔膜分开,是本工艺的关键

之一。

用隔膜把阴、阳极板分开的目的是保证电解

时发生的阴极过程或阳极过程顺利进行,而真正把隔膜用于实验室电解铬的方法还是第一次,这是一个新技术试验。

实际证明,此技术用于铬的电解,效果较好,值得推广应用。

阴、阳极用隔膜分开后,把配好的阴、阳极的电解液分别灌入电解槽的阴阳两室内,通电即可电解。

电解过程中为了维持阴极溶液的酸度和铬离子浓度的稳定,需不断向阴极室补充新鲜电解液。

电解中必须保持电流电压的稳定,溶液pH值和铬离子浓度靠不断补充新液来调节。

电解结束后对电解液进行分析:

电解液中铬含量在47.95∥L到48.009/L,电解液温度一直在=4047℃之间波动,说明电解是稳定进行的。

电解经59h后,得到金属铬81.399,其纯度为99.68D/D￣99.72%。

通过上述各工序的论述,实验室制取金属铬的工艺流程至此已全部拉通,获得整个工艺流程见图1。

4主要技术指标

整个工艺结束时,获得生产lkg金属铬的技术指标项目见表3。

经计算,生产1吨铬（99%以上需消耗的铬铁合金、硫酸、硫酸铵、直流电耗量及经济成本见表4。

表3技术指标项目表

图1实验室制取金属铬的工艺流程

表4经济成本分析

注:

成本项的售价金额为2000年市场价根据当时对金属市场的调查,金属铬的市场售价为8-10万元/t,扣除工人工资后,每t净获利为1.5—2万元左右。

因此,具有~定的市场发展潜力。

5各工序的技术条件

为了获得较好的实验结果,实验中应对浸出、电解工序的主要参数作严格的控制,以保证实验的顺利进行,最终取得较为满意的结果,各技术条件见表5。

6结束语

本实验采用了硫酸铵作为除铁剂,经冷冻、电解,并在电解过程中采用了隔膜,获得了纯度为99.68%-99.72%的铬,达到了实验的预期目标,获得了一条制取金属铬的完整工艺方法,为今后进一步研究纯度为99.99%的铬打下了一定的基础。

・30・昆明冶金高等专科学校学报2001年12月

表5各工序的技术条件表

参考文献:

【2】北京师范大学等校.无机化学（第二版下册叫】.北京:

高等教育出版社,1981.

嘲武汉大学.分析化学（第二版嗍.北京:

高等教育出版社,1989.

TheResearchofTechnologyonProducing

ChromebyElectrolysisMethod

FANJia-you

（EnvironmentandMunicipalEngineeringDepartmentofKunmingMetallurgyCollege,Kunming650033China.Abstract:

Theauthorintroducesmethodsofproducingthemetalchromeathomeandabroadinrecentyears,andtalksaboutthetechnologyofproducingthemetalchromeinparticular.

Keywords:

Electrolysis;ferrochromealloy;lixiviate;freeze;crystal;technology

（上接第20页

AnalysisSubjectoftheDesignandTypeofthePhosphineWatchandMeasureSysteminTobaccoWarehouses

UUWei—ruing

。

（DepartmentofMechanicalandElectricEngineering,KunmingMetallurgyCollege,KunmingYunnan650033,ChinaAbstract:

%白papercomparesthedesignandtypeofthedensityofpoisonoustobaccopesticide—ahminiumphosphide（phosphinewatchandmeasuresystemintobaccowarehousesandanalysesoftheproportionofperformancetopriceof

一

thesystemequipment.

Keywords:

Tobaccowarehouse;phosphine;density;watch

andmettl￥ure

电解法制取金属铬粉工艺研究

作者:

范家友

作者单位:

昆明冶金高等专科学校环境与市政工程系,云南,昆明,650033

刊名:

昆明冶金高等专科学校学报

英文刊名:

JOURNALOFKUNMINGMETALLURGYCOLLEGE

年,卷（期:

2001,17（4

引用次数:

1次

参考文献（9条

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