[发明专利]用于制备氧化铬(III)的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制备氧化铬(III)的方法，涉及如此制备的氧化铬(III)用于多种应用的用途，并且涉及一种用于制备特殊的碱金属铬酸铵复盐的方法。

背景技术

氧化铬(III)是一种具有广泛应用的多用的产品。例如，它可以用作一种用于着色不同的应用介质(例如，建筑材料、塑料、涂料以及涂层、玻璃或陶瓷)的颜料。对于在此领域的用途，要求最小的水溶杂质含量。

此外，氧化铬(III)还被用于研磨剂以及耐高温的材料中。对于氧化铬(III)在耐高温材料中的应用，所希望的是最小量的碱金属含量，以便尽可能抑制Cr(III)氧化成碱金属铬酸盐，这在高温下在碱金属离子的存在下是有利的。

氧化铬(III)的另一个重要的工业使用领域是用作生产铬金属和/或含铬高性能合金的起始材料。在此总体上有可能仅仅使用具有低硫含量以及低碳含量特征的氧化铬(III)。术语“低硫氧化铬(III)”因此时常用作“用于冶金目的的氧化铬(III)”的同义词。

根据现有技术，氧化铬(III)可以通过不同的方法制备。它通常从六价的铬化合物在高温下制备，并且可以达到不同的纯度。所使用的六价铬的起始化合物是铬酸、铬酸铵或碱金属铬酸盐。该反应可以在加入或不加入一种还原剂的情况下进行。所使用的还原剂是有机或无机的还原剂，例如锯屑、糖浆、纤维素废液、乙炔、甲烷、硫以及其化合物、磷、碳、氢以及类似物。此种方法描述在许多产权文件(Schutzrechten)中。通过举例，仅提及US1,893,761和DE-A-2030510。US 1,893,761披露了通过用有机物质还原碱金属铬酸盐制备氧化铬(III)。在使用碳或有机化合物作为还原剂的情况下，可以如下地进行该方法：使得碳酸钠最终作为一种副产物而获得，如已经在US1,893,761中提及的。当重铬酸钠是从铬矿通过氧化碱性分解过程制备时，这可以任选地再循环到用于生产重铬酸钠的方法中。然而，以此方式获得的氧化铬(III)包含高的碳含量，这使之不适合于冶金学用途。DE-A-20 30 510描述了一种用于通过用氢在较高的温度下还原碱金属铬酸盐来连续地制备非常纯的、低硫的氧化铬(III)的方法，以及适合于此的一种装置。反应温度是在1000℃-1800℃之间，有利地在1100℃-1400℃之间，并且所获得的产物在一种碱性化的分散体的帮助下从废气中分离出。然而，所有这些用还原剂工作的方法的一个缺点是，使用还原剂不可避免地导致了一种必须进行分离纯化的副产物。

相比之下，纯的重铬酸盐的热分解本身并不导致产生任何显著的不可避免的副产物，因为它理想地从约200℃的温度根据以下反应方程进行：

(NH₄)₂Cr₂O₇→Cr₂O₃+N₂+4H₂O    (1)

然而，现今用于制备重铬酸铵的实际的工业方法是从碱金属重铬酸盐(通常重铬酸钠)开始进行的。在这种情况下，将该重铬酸钠与氯化铵或硫酸铵反应以给出重铬酸铵以及氯化钠，或给出重铬酸铵以及硫酸钠。在工业上，用于冶金目的的氧化铬(III)通常通过在一个加热炉中将一种重铬酸铵和氯化钠的混合物进行煅烧而生产，该混合物通过几乎在化学计量上等量的重铬酸钠与氯化铵的原位反应获得。煅烧温度应该是高于700℃，以便确保反应混合物具有高的氧化铬(III)含量；然而在过高的温度下，存在着在加热炉中形成炉渣的增大的风险，并且因此该温度总体上保持在低于850℃。

时常优选的是使用硫酸铵代替氯化铵，因为氯化铵由于其低升华温度，在煅烧的过程中以NH₃和HCl的形式升华出来，并且因此可能进入废气中。为此原因，使用氯化铵不再具有任何经济上的重要性。然而，使用硫酸铵的缺点是硫以此方式夹带到生产过程中，尽管所希望的是具有最小硫含量的氧化铬(III)。