[发明专利]离子膜电解槽电化学还原三价铬制取高纯铬粉的方法

说明书

技术领域

本发明涉及有色金属冶金领域，具体地说是一种离子膜电解槽电化学还原三价铬制取高纯铬粉的方法。

背景技术

铬作为地壳中硬度最高的元素，被广泛应用于金属表面处理领域。目前美国、日本、欧洲多数国家和地区均已对六价铬的使用和排放制定出了严格的政策、法规和标准，严格控制其排放量，限期使用，直至禁止六价铬和氰化物电镀产品进入市场。因此，传统六价铬还原工艺不可避免地将要被淘汰。

CN 101260537B公开了一种“电解生产高纯金属铬的方法”，其以六价铬离子作为对象离子进行还原，发明的优点是生产投资小效率高，并能够生产较高纯度电解铬粉，但其缺陷在于采用铬酐与浓硫酸混合配制的电解液，不仅需要在电解前进行冷却处理，同时生产过程中产生的铬雾需要特别加以回收，增加了额外的处理费用。专利号为200310103510.3的专利公开了一种“碳还原氧化铬生产金属铬的方法”，其以六价铬离子作为对象离子进行还原，获得的金属铬的Cr纯度大于99.0%，C含量小于0.02%，O含量小于0.5%，同时利用廉价的碳粉替代铝粉还原氧化铬，不仅降低了生产成本，更大大减少了杂质的引入，但此种方法的劣势在于还原反应需要在真空炉内进行，生产条件要求苛刻，工序较复杂，不利于实际工业应用。

铬的冶炼方法主要有金属热还原法、真空碳还原法以及电解法。金属热还原法适合于进行大规模生产，其特点是于一般于特制容器中，在惰性气体保护气氛下利用金属还原剂对铬离子进行还原，但其它金属离子的存在容易对产品造成污染。真空碳还原法虽可避免对产品的污染，但生产条件控制不方便，能耗较高，不适用于大规模工业生产。电解法较前两种方法具有的优势是生产条件容易控制，获得产品纯度高，但其最大不足在于电流效率低（约10~40%）能耗过高，且镀层难以实现连续性沉积。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种电解液组成简单，原料价格低廉，工艺步骤简便，能源消耗小，无环境污染，且可实现大规模生产的离子膜电解槽电化学还原三价铬制取高纯铬粉的方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种离子膜电解槽电化学还原三价铬制取高纯铬粉的方法，由离子交换膜将电解槽分隔为阳极室和阴极室，阳极、阳极液与阴极、阴极液分别对应置于阳极室和阴极室中；所述的阴极液是含有氯化铬或硫酸铬、硼酸、酰胺类化合物、羧酸或羧酸盐类化合物组成的复合溶液；所述的阳极液是低价态金属含氧酸盐溶液或金属碱性溶液；所述阴极与离子交换膜、阳极与离子交换膜的距离范围均为5~50 mm，阴极与阳极距离为10~100 mm；在电解槽压为0.5~10 V和电解温度为10~60 ℃下，通入直流电进行电解还原反应，电流密度为100~1000 A·m^-2，电解搅拌转速为0~2400 rpm，电解时间为1~200 h，在阴极室阴极上获得粉末状金属铬。或者在阴极室阴极上获得粉末状金属铬单质的同时，在阳极室得到金属含氧酸盐或高价态金属氧化物。

所述阴极室阴极上得到的金属铬呈粉末状，纯度大于99.5%。

所述的阴极反应主要为析出铬单质的电化学还原反应，所述的阳极反应主要为金属离子氧化反应或析氧反应。

所述的阴极液组成为：Cr³⁺浓度为10~50 g·L^-1，硼酸浓度为50~100 g·L^-1，酰胺类化合物浓度为10~100 g·L^-1，羧酸或羧酸盐类化合物浓度为10~100 g·L^-1。

所述的离子交换膜为阴离子交换膜。

所述的阴极为单质或还原态金属板材，所述的阳极为不溶性阳极或不溶性石墨板材。

所述的阴极最好为紫铜板。

所述的电流密度最佳值为400 A·m^-2。

所述的电解槽压最佳值为3.5 V。

所述的电解温度最佳值为25 ℃。

所述的电解时间最佳值为2 h。

所述的电解搅拌转速最佳值为1200 rpm。阴极与离子交换膜、阳极与离子交换膜的距离最佳值为20 mm，阴极与阳极距离最佳值为40 mm。