[发明专利]一种利用碳还原法生产高纯金属铬的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产高纯金属铬的方法，特别涉及一种利用碳还原法生产高纯金属铬的方法。

背景技术

  金属铬被广泛应用于玻璃镀膜、钢铁合金、镀膜靶材、航天航空材料、蒸汽轮机等领域。特别是在镀膜靶材、航天航空材料和蒸汽轮机领域的应用上，对金属铬的纯度要求非常高，一般需要纯度为99.9%以上的高纯铬。

工业上生产高纯金属铬的主要方法是电解法、铝热还原法和碳还原法。电解法和铝热还原法生产的金属铬纯度受限制，一般只能达到99.0%～99.7%，需要再次提纯制备高纯金属铬（纯度为99.9%以上，氧、碳、硫含量都低于0.03%），处理工艺复杂，生产成本高；此外，电解法所生产的金属铬的氧、硫含量都很高，需要用高温氢气去除氧、硫杂质，能耗高。碳还原法具有成本低和无污染环境的优点，但碳还原法生产三氧化二铬的机理相当复杂，生产过程时，容易出现产品中残留三氧化二铬或碳粉，影响产品纯度。

目前，碳还原法生产高纯金属铬时，通常采用二步法进行碳还原，首先用碳粉将三氧化二铬还原成粗铬，将粗铬进行研磨，根据粗铬中三氧化二铬和碳粉的含量再加入一定量的碳粉或三氧化二铬粉，然后用高压压制成块状（由于已经产出的粗铬很硬，压力必须大于100MPa）或烧结，回炉还原，得金属铬。其缺点是：生产工序复杂，原料不够纯、使用粘结剂或研磨对产品造成污染，金属铬纯度低于99.85%，非金属杂质如氧、碳和硫含量高，氧含量＞0.1%，碳含量＞0.008%，硫含量＞0.01%，达不到高纯金属铬要求，产品质量不稳定。

US5092921采用Ni、Cu、Sn、Hg等去硫金属来处理硫含量，但是该工艺很难保证去硫金属的准确配比，造成去硫金属残留在金属铬中，金属铬纯度无法进一步提高。

US6106765公开了一种去除金属铬中非金属杂质的方法，该方法将金属铬研磨成粉末，用高压机械把铬粉压制成块状，通入氢气，在高温条件下去除非金属杂质如C、O、S和N。该方法处理的金属铬C含量和S含量都较低，S含量＜10ppmw，C含量＜30ppmw；但该方法需采用压制的铬块，不利于氢气在铬块内的流通，处理时，所需反应时间长，氢气流量大，生产成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种利用碳还原法生产高纯金属铬的方法，该方法处理工艺简单，生产成本低，产品质量稳定。

本发明的技术解决方案是：

一种利用碳还原法生产高纯金属铬的方法，其具体步骤如下：

1.1将三氧化二铬粉和碳黑粉按照质量比1:0.2～1:0.28混合均匀，得混合粉料，加入去离子水或酒精作为成形剂，形成混合湿料，所述三氧化二铬粉和碳黑粉的粒度分别＜250μm，所述混合干料与去离子水或酒精的质量比为1:0.2～1:0.35；

1.2将混合湿料压制成20g～500g的混合湿料块，在100℃～300℃下，烘干，得混合料块；

1.3将混合料块放入真空炉中，将真空炉真空度控制在10Pa～50Pa，温度提升至1300℃～1500℃，保温1h～2.5h；将真空度提升至1000Pa～10000Pa，在1300℃～1500℃下，保温10h～30h，使三氧化二铬被碳黑还原，得到粗铬；

1.4在1300℃～1500℃下，向真空炉中通入一氧化碳气体，真空度控制在1000Pa～10000Pa，保温3h～8h；向真空炉中通入二氧化碳气体，真空度控制在1000Pa～10000Pa，在800℃～1000℃下，保温3h～8h；

1.5在真空度＜300Pa的环境下，降温至低于100℃后出炉，得高纯金属铬块。

在步骤1.4通入一氧化碳气体前将粗铬进行捣碎。

在步骤1.4通入二氧化碳气体反应后，通入氢气，真空度控制在1000Pa～10000Pa，在1400℃～1500℃下，保温3h～8h，以降低硫杂质的含量。

所述三氧化二铬粉的纯度＞99.0%，平均颗粒度为20μm～100μm，以提高还原反应速度。

所述碳黑粉的含硫量＜0.01%，平均粒度为1μm～50μm，以提高还原反应速度。

所述混合湿料块的质量为30g～200g，压制混合湿料块的压力为0.2 MPa～0.5MPa，使气体容易在混合料块内流通。 

在步骤1.1将三氧化二铬粉和碳黑粉混合前，对三氧化二铬粉和碳黑粉进行提纯处理。

所述三氧化二铬粉提纯处理时，将三氧化二铬粉用酸进行酸洗，所述酸为盐酸、硝酸、氢氟酸、王水中的一种，酸洗后，用去离子水脱酸，烘干，以降低金属杂质的含量。