Способ получения металлического хрома и его карбидов

Изобретение относится к металлургии, к производству металлического хрома и его карбидов. Смешивают водный раствор хромового ангидрида с водным раствором органического соединения, растворимого в хромовой кислоте, в качестве восстановителя. Продукт смешения водных растворов хромового ангидрида и органического соединения подвергают термической обработке для дегидратации оксидов хрома и деструкции органического соединения. Обрабатывают продукт смешения в вакууме при температуре 1200-1500°С. Причем в качестве органического соединения используют сахарозу, крахмал или поливиниловый спирт. Обеспечивается повышение качества получаемого хрома и его карбидов за счет снижения примесей и получение металла чистотой не менее 99,5. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству металлического хрома и его карбидов экономичным углеродотермическим способом в вакууме с получением металла, содержащего не менее 99,5% хрома и карбидов с таким же содержанием хрома за вычетом содержания углерода.

Известны способы получения металлического хрома и карбидов хрома из следующих источников.

Н.П.Лякишев, Ю.Л.Плинер, Г.Ф.Игнатенко, С.И.Лаппо. Алюминотермия. Москва: Металлургия, 1978 г., с.241-253 - приведен наиболее распространенный способ получения относительно дешевого хрома путем алюминотермического восстановления оксидов хрома. Недостатком этого способа является то, что он не позволяет получить металл с содержанием хрома более 99,3%. Это связано, во-первых, с использованием в качестве исходных компонентов шихты металлургической окиси хрома и порошкового алюминия, содержащих достаточное количество примесей, а во-вторых, с высоким конечным содержанием алюминия и кислорода из-за применения порошкообразных материалов, не обеспечивающих идеальное смешивание и развитие процесса в условиях, близких к равновесным. Другой недостаток способа - образование при производстве и переход в газовую фазу токсичных соединений шестивалентного хрома.

В книге Ю.Л.Плинера, Г.Ф.Игнатенко, С.И.Лаппо "Металлургия хрома", Москва: Металлургия, 1965 г., с.152-155, описывается способ электролитического получения хрома, обеспечивающий получение металла чистотой 99,5-99,9% Cr. Низкое содержание примесей обеспечивается благодаря использованию в качестве исходного сырья хромового ангидрида, имеющего низкое содержание примесей. Недостатками данного способа являются низкая производительность, высокие энергетические затраты и образование значительного количества жидких отходов отработанных электролитов, содержащих токсичные соединения шестивалентного хрома.

В качестве прототипа может быть выбран способ углеродотермического получения хрома и карбида хрома в вакууме, описанный в статье А.С.Дубровина, В.Л.Кузнецова, С.В.Беляева, В.И.Хяккинена и В.Д.Поволоцкого "Углеродотермический процесс получения металлического хрома и его карбидов в вакууме" в журнале "Сталь", 1998 г., №6, с.27-30. Способ состоит в смешении хромсодержащего материала (металлургической окиси хрома) с восстановителем (природный графит) и последующей обработки продукта смешения в вакууме при температуре 1200-1500°С. Описанный способ достаточно экономичен, позволяет получать металл с содержанием 99,0-99,2% Cr и высокочистые карбиды хрома, а также не имеет отходов, содержащих соединения шестивалентного хрома. Недостатком способа является то, что в качестве исходного сырья используется металлургическая окись хрома и углеродистый восстановитель, которые содержат достаточное количество примесей, а также высокое конечное содержание углерода и кислорода, связанное с применением порошкообразных материалов, не обеспечивающих идеальное смешивание и развитие процесса в условиях, близких к равновесным. Это не позволяет получить хром чистотой более 99,2%.

Изобретение направлено на разработку способа получения хрома и его карбидов чистотой не менее 99,5% Cr, не связанного с образованием в качестве отходов соединений шестивалентного хрома, при наименьших материальных и энергетических затратах.

Технический результат, который обеспечивает изобретение, состоит в существенном повышении качества получаемого хрома и его карбидов за счет снижения количества примесей и получении металла чистотой не менее 99,5% Cr.

Это достигается тем, что для восстановления в качестве хромсодержащего материала используют водный раствор хромового ангидрида, а в качестве восстановителя - водный раствор органического соединения (например, сахароза, крахмал, поливиниловый спирт), растворимого в хромовой кислоте, причем перед обработкой в вакууме продукт смешения водных растворов хромового ангидрида и органического соединения подвергают термической обработке для дегидратации оксидов хрома и деструкции органического соединения.

Обработка указанных составляющих шихты в растворе обеспечивает идеальное смешивание, что приводит к максимально возможной полноте протекания восстановительных реакций в условиях, близких к равновесным, и получению металла с низкими остаточными содержаниями углерода и кислорода.

В углеродотермических процессах в качестве хромсодержащего сырья обычно используют окись хрома, которую получают путем термического разложения хромового ангидрида с последующим доизмельчением. При этом продукт загрязняется материалами футеровки печи и измельчающего оборудования: железом, кремнием и другими примесями. Графит, применяемый в качестве восстановителя, также всегда содержит примеси в виде золы, состоящей из оксидов железа, кремния, алюминия и других элементов. Все эти элементы практически полностью переходят в металл при вакуум-термической обработке и загрязняют хром.

Хромовый ангидрид и органические соединения имеют низкие содержания указанных примесей и обеспечивают получение хрома и его карбидов повышенной чистоты.

Это позволяет получать хром, близкий по качеству к электролитическому, но значительно более экономичным углеродотермическим способом, при котором отсутствуют отходы, содержащие токсичные соединения шестивалентного хрома.

Патентуемый способ углеродотермического получения хрома и его карбидов в вакууме реализуется следующим образом. Водные растворы хромового ангидрида и органических соединений - сахарозы, крахмала или поливинилового спирта - смешиваются в определенном соотношении в зависимости от состава конечного продукта (хром, карбид хрома) с последующей сушкой при температуре 100-150°С. Полученный полупродукт подвергается термической обработке при температурах 200-900°С до постоянного веса, в результате чего происходит дегидратация оксидов хрома и деструкция органических соединений. Затем полученный продукт брикетируется и проходит обработку в вакууме при температурах 1200-1500°С.

После проведения процесса восстановления печь выключается, производится ее охлаждение вместе с продуктом при сохранении максимального разрежения, затем контейнеры с материалом извлекаются.

Таблица.

Параметры углеродотермического получения хрома и карбидов хрома и показатели образцов
ОксидВид восстановителяХимический состав хрома и карбида хрома, %
п.п.хромаFeSiAlOСNCr2Cr3
1CrO3сахароза0,080,050,030,080,050,00699,605-
2CrO3поливиниловый спирт0,060,040,020,120,020,00899,632-
3CrO3крахмал0,080,050,040,110,040,00599,575-
4CrO3сахар0,110,070,050,0713,20,0186,3999,59
5CrO3поливиниловый спирт0,090,050,040,0810,40,00989,2399,63
6Cr2O3графит0,150,080,050,40,010,0199,2-
Примечание: 1 - суммарное содержание примесей других металлов, серы и фосфора составляет 0,10%.
2 - содержание хрома определяли путем вычитания из 100% концентраций всех примесей.
3 - содержание хрома определяли после пересчета химического состава на 100% без углерода с последующим вычитанием концентраций всех примесей.

Влияние вида исходных компонентов шихты на содержание примесей в хроме и его карбиде при 1450°С и разрежении 1,33 Па приведены в таблице.

Содержание кислорода в хроме и карбиде хрома определяли на приборе ТС - 136 фирмы "Leko" в соответствии с ГОСТ 17745-90. Содержание углерода в хроме и свободного углерода в карбиде хрома определяли на приборе CS - 300 в соответствии с ГОСТ 12344-88. Содержания Si, Al, Fe, Со и Р определяли на атомно-эмиссионном спектрометре ICP-3410 фирмы "ARL". Концентрации остальных элементов химическим методом по ГОСТ 13020. 11,12,13,14,15,16-85. Содержание хрома определяли по разности за вычетом суммы количества примесей.

В таблице примеры 1-5 относятся к параметрам предлагаемого способа получения хрома и его карбидов (хромсодержащий материал - хромовый ангидрид), пример 6 - прототип (хромсодержащий материал - металлургическая окись хрома).

Как видно из таблицы, в примерах 1-5 конечное содержание хрома больше 99,5%, тогда как в примере 6 (прототип) оно равно 99,2%.

Таким образом, разработан способ углеродотермического получения хрома и его карбидов в вакууме с содержанием хрома в конечном продукте не менее 99,5% при минимальных энергетических затратах, без образования токсичных отходов шестивалентного хрома за счет использования в качестве исходного сырья хромового ангидрида (CrO3) и растворимых в хромовой кислоте органических соединений, используемых в качестве восстановителя.

1. Способ обработки хромсодержащего материала для получения хрома или его карбидов, включающий смешение хромсодержащего материала с восстановителем и последующую обработку продукта смешения в вакууме при температуре 1200-1500°С, отличающийся тем, что в качестве хромсодержащего материала используют водный раствор хромового ангидрида, а в качестве восстановителя - водный раствор органического соединения, растворимого в хромовой кислоте, причем перед обработкой в вакууме продукт смешения водных растворов хромового ангидрида и органического соединения подвергают термической обработке для дегидратации оксидов хрома и деструкции органического соединения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве органического соединения используют сахарозу, крахмал или поливиниловый спирт.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии и, в частности, к применяемым в цветной металлургии гидрохимическим способам комплексной переработки многокомпонентных, полиметаллических отходов с извлечением ценных компонентов и получением различных товарных продуктов.

Изобретение относится к высокопроизводительному получению небольших по массе партий изотопнообогащенного металлического хрома восстановлением его трехвалентного оксида при нагреве в атмосфере водорода.
Изобретение относится к технологии гальванических процессов и может быть использовано в машиностроительной и радиотехнической отраслях промышленности для регенерации хромовых электролитов, загрязненных примесями ионов металлов.

Изобретение относится к технологии обогащения хромитсодержащих руд. .

Изобретение относится к способу алюминотермического получения металлического хрома, включающему стадийные загрузку и проплавление шихты, содержащей окись хрома, окислитель, известь, алюминий и выпуск продуктов плавки.

Изобретение относится к способу экстракции хрома(III) из водного раствора, включающему контакт экстрагента и раствора при pH 4-8, перемешивание смеси, отстаивание и разделение фаз.

Изобретение относится к извлечению хрома из растворов сорбцией на высокоосновных анионитах в присутствии ионов натрия в исходном растворе. .

Изобретение относится к способу извлечения металлов из отработанного расплава производства тетрахлорида титана выщелачиванием с получением хлоридного раствора, осаждением из раствора гидроксидов, хрома, редких и радиоактивных металлов, обработкой осадка раствором гипохлорита натрия, отделением редкометального концентрата от хроматного раствора.

Изобретение относится к способу и устройству для получения металлов или металлических сплавов высокой степени чистоты, в частности металлического хрома
Изобретение относится к способу получения металлов или металлических сплавов высокой чистоты, в частности металлического хрома

Изобретение относится к технологии комплексной переработки нетрадиционных видов сырья - серпентинитов и серпентинитовых отвалов пустой породы на хризотил-асбестовых и хромитовых месторождениях, в частности к способу получения хромитового концентрата из бедных хромсодержащих руд

Изобретение относится к технологии обогащения магнезиальных хромитовых руд

Изобретение относится к способу мокрого обезвреживания огнеупорного пористого материала, содержащего шестивалентный хром
Изобретение относится к металлургии металлов платиновой группы (МПГ) и может быть использовано при извлечении МПГ на предприятиях металлургической и химической промышленности из хромсодержащего сырья
Изобретение относится к металлургической промышленности и может быть использовано для алюминотермического получения металлического хрома
Группа изобретений относится к бихроматно-ангидридной технологии получения хрома металлического. Шихта содержит 56,5-57,3 мас.% окиси хрома, 24,2-25,4 мас.% алюминия, 8,4-8,6 мас.% натрия или калия бихромата, 2,8-4,3 мас.% хромового ангидрида, 2,55-2,65 мас.% гидроокиси кальция с содержанием углерода не более 0,2 мас.%, 0,40-0,45 мас.% соли поваренной, 0,9-1,1 мас.% концентрата плавиковошпатового, 1,4-1,7 мас.% извести с содержанием углерода не более 0,2 мас.% и 1,15-1,45 мас.% соответственно с содержанием углерода не более 0,5 мас.%. Предварительно в смесительном барабане перемешивают гидроокись кальция и натрия или калия бихромат. Затем загружают в смесительный барабан окись хрома, алюминий, соль поваренную, известь с содержанием углерода не более 0,2 мас.% и хромовый ангидрид и перемешивают. Полученную смесь загружают в горн. Проплавляют шихту со скоростью 360-460 кг/м2мин, за 2-4 мин до окончания ее проплавления загружают известь с содержанием углерода не более 0,5 мас.% на колошник. Сливают часть шлака из горна в изложницу на гарнисаж, загружают в горн на оставшийся жидкий шлак концентрат плавиковошпатовый, а после его растворения сливают шлак и хром металлический. Изобретение обеспечивает повышенный выход хрома металлического. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.

Изобретение относится к безотходной комплексной переработке серпентин-хромитового рудного сырья. При переработке проводят смешивание измельченного исходного сырья с концентрированной серной кислотой. Затем проводят обжиг и выщелачивание огарка. Обжиг ведут с добавлением углерода в количестве 6,0-10,0 мас.% от рудного сырья при температуре 750-800°C в течение 3 часов. Огарок после обжига выщелачивают водой при Т:Ж=1:2,5. Полученную суспензию фильтруют, фильтрат упаривают для кристаллизации семиводного сульфата магния. Осадок после фильтрации подвергают гидроциклонированию для отделения тонкой фракции, содержащей оксиды железа, никеля, алюминия, от крупной фракции, содержащей хромпикотит и кремнезем. Крупную фракцию выщелачивают водным раствором едкого натра с получением щелочного раствора кремнезема и осадка, который отмывают и сушат с получением хромитового концентрата. Техническим результатом является полное выделение кремнеземной составляющей при одновременном безотходном комплексном извлечении ценных компонентов сырья. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 8 табл., 9 пр.
Наверх