低溫熔鹽法制備高純鉻

摘 要：采用低溫熔鹽體系將三氯化鉻電解制備高純鉻。KCl與AlCl3化學計量系數比為1∶2，在65℃下真空干燥5 h后混合加熱融熔.加入10 g無水三氯化鉻，升溫至150℃。將處理的無水KCl-AlCl3-CrCl3低溫熔鹽體系置于電解槽中，控制電解槽中溫度為150℃，電流密度5～10 A/dm2，槽電壓為2.3V。在電解陰極得到金屬鉻。制備的金屬鉻純度99.6%，無氫氣析出，電流效率高。

關鍵詞：低溫熔鹽體系 高純鉻

中圖分類號：TF111.522 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（b）-0129-02

制備金屬鉻主要有鋁熱法和電解法，除此之外，還有電硅熱法、電鋁熱法和氧化鉻真空碳還原法。我國主要采用鋁熱法制取金屬鉻。鋁熱法是以三氧化二鉻為原料，鋁粉作還原劑熔煉出金屬鉻。通常鋁熱法制得的金屬鉻的純度為99.0%。金屬鉻中的硅含量及鋁粉純度是影響產品質量的重要因素。電解法生產金屬鉻，按使用電解質不同，分為鉻銨礬電解法、鉻酸酐電解法。目前已工業化應用的是鉻銨礬電解法。鉻銨礬電解法是以高碳鉻鐵作原料，電解得到金屬鉻。鋁熱法和電解法制備金屬鉻存在著產品純度不高；電流效率很低；環境污染嚴重等問題。

該試驗采用低溫熔鹽體系電解制備高純鉻。制備的金屬鉻純度高。電解無氫氣析出，因此電流效率高，能耗低。電解所需熔鹽溫度較低，工藝簡單（見圖1）。

1 試驗部分

1.1 材料與試劑

試劑：三氯化鉻；過氧化氫；硫酸銨；氯化鉀；三氯化鋁等均為分析純。

材料：不銹鋼板（作陰極）；石墨棒（作陽極）。

1.2 儀器

電解裝置；反應容器；攪拌器；加熱器；酸度計；過濾裝置；分液漏斗等。

1.3 試驗方法

1.3.1 凈化三氯化鉻

稱取一定量的三氯化鉻、硫酸銨置于容器中加水溶解。加入30%過氧化氫將Fe2+全部氧化為Fe3+。用（1+1）硫酸調節溶液pH=1.6～1.8。將三氯化鉻溶液至85℃～95℃，保溫30 min。溶液中Fe3+與NH4+、SO42-、H2O生成黃鐵礬沉淀。過濾沉淀后將三氯化鉻溶液蒸發制備三氯化鉻晶體。化學反應方程式：

（NH4）2SO4+3Fe2（SO4）3+12H2O=（NH4）2Fe6（SO4）4（OH）12↓+6H2SO4

1.3.2 制備無水三氯化鉻

將三氯化鉻晶體置于容器中，用氮氣排除容器中的空氣。加熱三氯化鉻至650℃，通入四氯化碳蒸汽，保溫30 min，得到無水三氯化鉻。

1.3.3 制備無水KCl-AlCl3-CrCl3低溫熔鹽體系

按化學計量系數比為1∶2稱取適量的KCl與AlCl3，混合加熱融熔，再加入10 g無水三氯化鉻，升溫至150℃，保溫1 h。

1.3.4 制備金屬鉻

將制備的無水KCl-AlCl3-CrCl3低溫熔鹽體系置于電解槽中，將恒溫槽中的熔鹽體系加熱至150℃形成液體，利用觸點溫度計控制電解槽中溫度為150℃。控制電流密度5～10 A/dm2、槽電壓為2.3V，熔鹽體系中的CrCl3在電解陰極（不銹鋼）、電解陽極（石墨）發生電解反應，在陰極得到金屬鉻。電極反應式：

陽極反應：6Cl--6e=3Cl2↑

陰極反應：2Cr3++6e=2Cr

總的反應：2CrCl3=2Cr+3Cl2↑

2 結果與討論

2.1 電解溫度對電流效率的影響

其它電解條件不變，電流密度保持為9.67 A/dm2，槽電壓為2.3 V，電解時間為600s，陰極板面積為0.2dm2，分別在溫度為120、130、135、140、145、150、155、160℃下進行電解，得到不同溫度下金屬鉻的電流效率。所得數據見表1。

式中：

m1為實際電解得到金屬鉻的質量，g；m為理論計算得到金屬鉻的質量，g；Q為消耗的電量，C；Z為基本粒子荷數；M為金屬鉻的摩爾質量，g/mol；F為法拉第常數，96500C/mol。

由表1的數據可以看出，隨著熔鹽電解液溫度的升高，電流效率增加，當電解溫度為150℃時，電流效率最大。再升高溫度電流效率又開始下降。因此，確定熔鹽溫度為150℃。

2.2 電流密度對電流效率的影響

其它電解條件不變，保持溫度為150℃。槽電壓為2.3V，電解時間為600 s，陰極電極板面積為0.2dm2。電流密度分別為4.62、5.63、6.76、7.26、8.32、9.65、10.25 A/dm2下進行電解，得到不同電流密度下金屬鉻電精煉的電流效率。由計算數據可以看出，隨著陰極電流密度加大，金屬鉻電流效率也不斷升高，在電流密度的增加電流效率增加。當電流效率增加至9.67 A/dm2時繼續增大電流密度，陰極電流效率反而下降。因此，確定電流效率為9.67 A/dm2。

3 結語

采用低溫熔鹽體系，控制體系溫度為150℃，電流密度為9.67 A/dm2，在低溫熔鹽體系中電解三氯化鉻能夠制備高純鉻。

參考文獻

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