CN104495930A - 一种制备高品质三氧化二铬的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备高品质三氧化二铬的方法，该方法是加热除去水合氧化铬中的水后，破碎，得到氧化铬粉末，所得的氧化铬粉末经过洗涤除杂后，进行真空热处理，得到三氧化二铬；该方法能有效降低能耗和提高三氧化二铬的纯度，且工艺简单，成本低，环保，满足工业生产。

Description

一种制备高品质三氧化二铬的方法
技术领域
本发明涉及一种高品质三氧化二铬生产方法，适用于以水合氧化铬为原料生产三氧化二铬；属于化工冶金领域。
背景技术
三氧化二铬(Cr2O3)广泛用于冶金及化工行业。在冶金行业中三氧化二铬主要用于冶炼金属铬及碳化铬；在化工行业中三氧化二铬则用于搪瓷、陶瓷、人造革、建设筑材料着色剂，催化耐晒涂料，化学合成的催化剂，研磨材料，绿色抛光膏和印刷纸币的专用油等。
三氧化二铬的制备方法主要有：重铬酸钠铵盐热还原法、铬酐热分解法及氢氧化铬热分解法。重铬酸钠铵盐热还原法是将铬铁矿氧化焙烧得到的重铬酸钠与氯化铵或硫酸铵按一定比例混匀，置于隔焰反射炉内还原，反应结束后将炉料投入热水搅拌洗涤，过滤除去钠盐，滤饼烘干后经800℃以上高温煅烧、冷却、破碎得三氧化二铬产品；铬酐热分解法是将铬酸酐(CrO3)放置约1400℃的温度下，煅烧析出氧转化成三氧化二铬(Cr2O3)，冷却后破碎得三氧化二铬产品；氢氧化铬热分解法是先将水合氧化铬干燥、破碎，再加入一定量的氢氧化钠混匀，放入煅烧炉内经850℃以上高温煅烧后，加入水中洗涤、过滤，滤饼烘干、破碎得三氧化二铬产品。由于氧化铬热分解过程存在Cr3+→Cr6+→Cr3+的氧化还原过程，即在250-600℃的温度区间存在Cr3+→Cr6+的氧化过程，在600-900℃的温度区间存在Cr6+→Cr3+的还原过程，且只有当温度达到800℃以上氧化铬中的Cr6+转化成Cr3+才能接近反应完全。因此，重铬酸钠铵盐热还原法、铬酐热分解法及氢氧化铬热分解法制备三氧化二铬都存在能耗高、污染大等问题。
发明内容
针对现有技术中氧化铬热分解法制备三氧化二铬存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种制备高纯度三氧化二铬的方法，该方法能耗低、成本低，工艺简单，环保，满足工业生产。
本发明提供了一种制备高品质三氧化二铬的方法，该方法包括以下步骤：
第一步：预处理
将水合氧化铬加热除去水后，破碎，得到氧化铬粉末；
第二步：洗涤除杂
将第一步所得的氧化铬粉末加入到碱性或中性或酸性的水溶液中搅拌，进行洗涤除杂；
第三步：真空热处理
将第二步洗涤除杂后的氧化铬粉末置于真空炉内，在温度为300～650℃，压强为5～550Pa的条件下进行真空热处理，冷却，得到三氧化二铬。
本发明的制备高品质三氧化二铬的方法还包括以下优选方案：
优选的方案中真空热处理的时间为0.5～3.5h；最优选为1～3h。
优选的方案中真空热处理的温度为400～600℃。
优选的方案中冷却是维持压强在5～550Pa的条件下随炉冷却至290℃以下，或者是充入保护气体，再随炉冷却至290℃以下。所述的保护气体优选为氮气、氩气、氦气中的至少一种。
优选的方案中水合氧化铬在110～550℃温度下干燥0.5～3.5h除去游离水及部分或全部结合水。最优选为在300～450℃温度下干燥1～3h完全除去游离水和结合水。
优选的方案中氧化铬粉末按固液比1:2～10g/mL加入到碱性或中性或酸性的水溶液中，在25～100℃温度下，搅拌洗涤0.5～5h。搅拌洗涤可以充分除去可溶性杂质。
优选的方案中碱性水溶液是指游离氢氧根离子浓度在0.03～3mol/L范围内的含氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氨、氢氧化钾、碳酸钾中至少一种的水溶液。
优选的方案中酸性水溶液是游离氢离子浓度在0.05～3mol/L范围内的含硫酸、盐酸、硫酸铵、氯化铵中至少一种的水溶液。
优选的方案中水合氧化铬加热除去游离水及部分或全部结合水后，粉碎至-180目，得到氧化铬粉末。
本发明的水合氧化铬可以通过现有技术中常规的方法合成。
与已有的技术相比，本发明的技术方案的优点及带来的有益效果：现有技术中水合氧化铬热分解法制备三氧化二铬的过程中存在Cr3+与Cr6+相互转化氧化还原过程，Cr3+转化成Cr6+的温度为250～600℃，而进一步由Cr6+转化成Cr3+的温度为600～900℃，且只有当温度达到800℃以上Cr6+转化成Cr3+才能接近反应完全。因此，这个氧化还原过程造成能量损耗大，且存在Cr6+将导致产品质量下降。本发明的热处理过程在真空条件下进行，完全解决了现有技术中的问题，不仅有效避免了Cr3+转化成Cr6+的氧化过程的产生，而且使Cr6+转化成Cr3+的还原温度大幅度降低，实现了提高产品质量，降低加工能耗的目的。此外，在真空条件下进行热处理还能有效脱除易挥发的杂质，使三氧化二铬的品质得到进一步提高。另外，本发明的方法操作简单，作业环境好，生产成本低，适合三氧化二铬的大规模工业化生产。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步描述，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
实施例1
取重铬酸钾100g，按固液比1:6g/mL加入0.1mol/L的硫酸溶液中溶解后，再按化学反应计量数的1.05倍加入亚硫酸钠将六价Cr还原成三价Cr，然后搅拌加入氢氧化钠使溶液pH升至7.5，过滤、洗涤得水合氧化铬。所得水合氧化铬放置马弗炉内，300℃干燥1.5h，冷却至室温，破碎至-200目氧化铬粉末。破碎得到的氧化铬粉末按固液比1:5g/mL加水，90℃搅拌洗涤1h，过滤，得洗涤氧化铬。洗涤氧化铬置于真空炉内，抽真空至45Pa，350℃恒温3h后，破真空，自然冷却至室温，磨细，得纯度为98.5％的Cr2O3产品。
实施例2
取钒渣提钒废水净化过程形成的绿泥200g，按固液比1:4g/mL加入2mol/L的硫酸溶液浸出其中的钒和铬，浸出液经氯酸钠选择性氧化后，再加入氨水调pH值至2.1沉钒。沉钒后液再加碳酸钠调pH至3.5，净化除去其中的Fe、Si等杂质，净化后液加氢氧化钠中和至pH为6.7，过滤得水合氧化铬。所得水合氧化铬经450℃干燥0.5h，冷却至室温，破碎至-250目氧化铬粉末。破碎得到的氧化铬粉末按固液比1:2加入3mol/L的氢氧化钠，80℃搅拌1h，过滤，滤渣再按1:4g/mL加入0.5mol/L的硫酸，加热至沸搅拌洗涤1.5h，过滤，得洗涤氧化铬。洗涤氧化铬置于真空炉内，抽真空至180Pa，580℃恒温1h后，充氮气冷却至室温，磨细，得纯度为99.3％的Cr2O3产品。
实施例3
取铬酸钠150g，按固液比1:5g/mL加水溶解，并加入稀硫酸调pH至1.5，再按化学反应计量数的1.1倍加入亚硫酸钠将六价Cr还原成三价Cr，然后加入氢氧化钠使溶液pH升至7.1，过滤、洗涤得水合氧化铬。所得水合氧化铬放置马弗炉内，400℃干燥1h，冷却至室温，破碎至-300目氧化铬粉末。破碎得到的氧化铬粉末按固液比1:4g/mL加入0.5mol/L的盐酸，50℃搅拌洗涤2h，过滤，得洗涤氧化铬。洗涤氧化铬置于真空炉内，抽真空至75Pa，430℃恒温2h后，75Pa真空冷却至200℃，破真空，自然冷却至室温，磨细，得纯度为99.6％的Cr2O3产品。

Claims (7)

1.一种制备高品质三氧化二铬的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：预处理
将水合氧化铬加热除去水后，破碎，得到氧化铬粉末；
第二步：洗涤除杂
将第一步所得的氧化铬粉末加入到碱性或中性或酸性的水溶液中搅拌，进行洗涤除杂；
第三步：真空热处理
将第二步洗涤除杂后的氧化铬粉末置于真空炉内，在温度为300～650℃，压强为5～550Pa的条件下进行真空热处理，冷却，得到三氧化二铬。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的真空热处理时间为0.5～3.5h。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的冷却是维持压强在5～550Pa的条件下随炉冷却至290℃以下，或者是充入保护气体，再随炉冷却至290℃以下。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的保护气体为氮气、氩气、氦气中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，水合氧化铬在110～550℃温度下干燥0.5～3.5h除去游离水及部分或全部结合水。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，氧化铬粉末按固液比1:2～10g/mL加入到碱性或中性或酸性的水溶液中，在25～100℃温度下，搅拌洗涤0.5～5h。
7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述的碱性水溶液是指游离氢氧根离子浓度在0.03～3mol/L范围内的含氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氨、氢氧化钾、碳酸钾中至少一种的水溶液；所述的酸性水溶液是游离氢离子浓度在0.05～3mol/L范围内的含硫酸、盐酸、硫酸铵、氯化铵中至少一种的水溶液。
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