什么是铬?

什么是铬?,第1张

什么是铬?

[拼音]:ge

[外文]:chromium

元素符号Cr,银白色金属,在元素周期表中属 ⅥB族,原子序数24,原子量51.996,体心立方晶体,常见化合价为+3、+6和+2。

1797年法国化学家沃克兰 (L.N.Vauquelin)在西伯利亚红铅矿(铬铅矿)中发现一种新元素,次年用碳还原,得金属铬。因为铬能够生成美丽多色的化合物,根据希腊字chroma(颜色)命名为chromium。

资源

工业上使用的铬矿石为铬铁矿,属尖 晶 石(MgO·Al2O3)和磁铁矿(FeO·Fe2O3)类,其通用化学式是(Fe,Mg)O·(Cr,Fe,Al2O3)。由于二价元素(Mg2+、Fe2+、Zn2+ ) 和三价元素(Al3+、Fe3+、Cr3+)相互置换,可以出现各种不同成分的矿石。除主成分FeO及Cr2O3外,一般含有不同成分的 MgO、Al2O3 及其他杂质。矿石结构组成对使用有明显影响,如铬尖晶石比铬铁矿(FeO·Cr2O3)难于还原;含蛇纹石的铬矿石,若其中挥发物大于 2%,用它制造的铬质耐火砖在加热到1000℃时,会因释放结晶水而炸裂。




美国1978年耗用铬铁矿917000吨,其用途分配如下:冶金61%,化工21%,耐火材料18%。1981年伦敦市场铬矿石价格:土耳其矿(48%Cr2O3,Cr/Fe=3)130~135美元/吨,南非(阿扎尼亚)铬矿(44%Cr2O3)60~70美元/吨。

性质和用途

铬为不活泼性金属,在常温下对氧和湿气都是稳定的,但和氟反应生成CrF3。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。

由于铬合金性脆,作为金属材料使用还在研究中,铬主要以铁合金(如铬铁)形式用于生产不锈钢及各种合金钢。金属铬用作铝合金、钴合金、钛合金及高温合金、电阻发热合金等的添加剂。氧化铬用作耐光、耐热的涂料,也可用作磨料,玻璃、陶瓷的着色剂,化学合成的催化剂。铬矾、重铬酸盐用作皮革的鞣料,织物染色的媒染剂、浸渍剂及各种颜料。镀铬和渗铬可使钢铁和铜、铝等金属形成抗腐蚀的表层,并且光亮美观,大量用于家具、汽车、建筑等工业。此外,铬矿石还大量用于制作耐火材料。

1978年世界金属铬生产能力为:电解法6000吨,铝热法4300吨。日本1978年生产金属铬2884吨,1977年的消费分配为:高温合金40%,铝合金31%,焊条25%。1981年伦敦市场纯度大于99%的块状铬的价格为4050~4250镑/吨。




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。

铝热法生产

包括从铬矿制取氧化铬和铝还原氧化铬制得金属铬两道工序,主要工艺流程见图1。




氧化铬制取

铬铁矿磨细至160~200目,配加纯碱和白云石,于1050~1150℃下氧化焙烧,再用水逆流浸出(见浸取)和过滤,获得含Na2CrO4大于 200克/升的溶液。加硫酸中和铬酸钠溶液,使其pH为7~8,滤出氢氧化铝等杂质后蒸发到含Na2CrO4大于 450克/升,滤出Na2SO4结晶。溶液用硫酸调整pH为4±0.2,再滤出Na2SO4结晶,获得 *** (Na2Cr2O7)溶液。浓缩溶液到约含Na2Cr2O71100克/升时,冷却滤出Na2SO4结晶,再将溶液浓缩到含Na2Cr2O71500~1550克/升,并于90~100℃保温8小时,然后冷却到35℃以下,结晶出 *** 。铬酸钠转化成 *** 也可用碳酸法,即在15~16大气压下通入含50%CO2的气体,析出的沉淀为碳酸氢钠:2Na2CrO4+2CO2+H2O─→Na2Cr2O7+2NaHCO3碳酸氢钠可以回收使用。此法可把在焙烧中配加的纯碱重新回收一半,较硫酸法获得硫酸钠为有利,但铬酸钠不能完全转化为 *** 。

三氧化二铬的制备可用:

(1)氯化铵还原法。即在 *** 晶体中配入一定量的氯化铵,混匀后在还原炉中于700~800℃还原,然后洗去NaCl,过滤获得三氧化二铬滤饼,经过干燥、破碎,在回转窑中于1150~1200℃煅烧。用此法获得的三氧化二铬呈墨绿色,颗粒较大,纯度高,但生产工序多,并产生有害气体 HCl。

(2)煅烧铬酸酐法。即把 *** 加入反应锅中,注入浓硫酸,在200℃下 *** 与硫酸反应生成铬酸酐:

Na2Cr2O7+2H2SO4─→2CrO3+2NaHSO4+H2O静置后铬酸酐和硫酸氢钠沉积成两层。将上部的硫酸氢钠舀出,留在锅中的铬酸酐再加热,用水洗去残留的硫酸钠,从底部放出铬酸酐。铬酸酐在800~950℃下煅烧分解,用水洗去未分解的铬酸酐,过滤获得三氧化二铬。用此法工序少,但产品杂质含量较高。

(3)煅烧氢氧化铬法。即将含Na2CrO4大于 200克/升的溶液加温至95℃以上,加入纯净的硫化钠溶液,搅拌后生成大颗粒氢氧化铬Cr(OH)3沉淀。氢氧化铬在回转窑中于1300℃煅烧分解为三氧化二铬Cr2O3。此法工序少,产品成本低,纯度高,但颗粒细,易损失。

铝热还原

要求原料含 Cr2O3大于99%,含硫低于0.02%,含铅、砷、锡、锑各低于0.001%。铝粒粒度应小于0.5毫米,铝量应不大于理论量的98%。用硝石、镁屑和铝粒作引火剂。反应为:




反应焓ΔH圏=-65.0千卡/摩尔(铝)。为了保持自热反应过程并使金属粒与渣顺利分离,ΔH圏至少应为-72千卡/摩尔(铝),要添加硝酸钠、氯酸钾、铬酸酐或碱金属重铬酸盐等供氧剂补充热量;也可将混合料预热到350~400℃再行入炉。还原反应在内砌镁砖的圆锥形炉筒内进行。先在炉内加入部分混合炉料,在料面中心加引火剂,点燃后在炉料开始反应时,用流槽连续送入其余炉料。反应终止,冷却至室温,拆开炉筒取出金属锭,喷砂清除表面夹渣和氧化膜。生产大金属锭,能提高铬的回收率,渣的流动性也好。铝热法可获得纯度大于98.5%的金属铬,其中含铝不大于0.5%。渣中含Al2O3高达90%,可作研磨材料。

电解法生产

目前一般用碳素铬铁作原料,采用铬铵矾法电解流程(图2)。把碳素铬铁粉碎,溶于电解阳极返回液、结晶母液和硫酸的混合溶液中,过滤除去硅酸盐等残渣,滤液用硫酸铵处理并除铁。纯铬铵矾溶液经陈化(保持30~35℃,放置15日)后,结晶出纯铬铵矾Cr2(SO4)3·(NH4)2SO4·24H2O。纯铬铵矾溶于热水送入隔膜电解槽电解。用不锈钢作阴极,铅银合金(1%Ag)作阳极,电流密度753安/米2,槽电压 4.2伏,电解液温度52~54℃。应控制通过电解液进入阳极室的流速,并准确地控制溶液的pH为2.1~2.4。平均电流效率 45%,电耗约18.5千瓦·时/公斤。产品纯度为99.2~99.4%的片状金属铬,含氧0.3~0.5%,呈脆性。为了提高金属铬的纯度,可通过真空处理或氢还原降低含氧量。用+6价铬溶液电解(电流密度 9500安/米2,温度84~87℃),可得高纯度金属铬(含氧0.01~0.02%),但电流效率很低(6~7%)。




铬害防护

铬酸盐、重铬酸盐等都对人体的粘膜起强烈的腐蚀作用,吸入含有铬化合物的粉尘和蒸气会损坏鼻粘膜,并使鼻中软骨穿孔。受到大量铬的侵害时会出现肾脏病。当铬化合物的作用受到吸烟的助长,特别容易促致肺癌。因此,要求铬的生产设备密闭,有高效能除尘设施, *** 作场所通风良好。

参考书目
    A. H. Sully & E. A. Brandes,Chromium,2nd ed.,Butterworths,London,1967.M.Y.Udy,Chromium,ACS Monograph,No.132,Reinhold,New York,1960.

参考文章

    淀粉改性水处理剂制备及在铬鞣废液循环利用中的应用废水治理嗜铬细胞瘤常发生于哪些位置?内科化学沉淀-微滤法处理含铬电镀废水废水治理改性活性炭对水中铬离子(Ⅵ)的吸附性能废水治理电絮凝过程处理含铬废水废水治理嗜铬细胞瘤有哪些症状?内科含铬工业废水废水治理电镀含铬废水处理资料总结废水治理含铬废水处理技术研究废水治理含铬废水处理的研究进展废水治理

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