DE1138237B - Verfahren zur Herstellung von reinem Chrom durch elektrolytische Raffination - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von reinem Chrom durch elektrolytische Raffination

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DE1138237B
DE1138237B DEI14946A DEI0014946A DE1138237B DE 1138237 B DE1138237 B DE 1138237B DE I14946 A DEI14946 A DE I14946A DE I0014946 A DEI0014946 A DE I0014946A DE 1138237 B DE1138237 B DE 1138237B
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DE
Germany
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chromium
cathode
crystals
chloride
production
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DEI14946A
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English (en)
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Reginald Scott Dean
Frank Xavier Mccawley
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INTERNAT METALLURG CORP
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INTERNAT METALLURG CORP
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/32Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of chromium

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  • Materials Engineering (AREA)
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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Description

  • Verfahren zur Herstellung von reinem Chrom durch elektrolytische Raffination Aufgabe des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, Chrom durch Elektroraffination in der Form von idiomorphen und verwachsenen Kristallen hexagonaler Form zu gewinnen.
  • Chrom wird bisher in verschiedener Weise hergestellt. Durch Elektrolyse aus wäßrigen Lösungen und durch Magnesiumreduktion von Chromchloriden hergestelltes Chrom enthält Sauerstoff, welcher unter Anwendung anderer Verfahren wieder beseitigt werden muß (s. Sully, »Chromium«, 1954, S. 55).
  • Reines Chrom ist hergestellt worden durch Dissoziation des Jodids an einem heißen Draht, wobei das Chrom einen überzug auf dem Draht bildet. Diese Kristalle sind nicht idiomorph oder makroskopisch unterscheidbar.
  • Die Reduktion von Chromtrichlorid (CrCI2) mit Wasserstoff ergibt lediglich ein Chrom von 99% Reinheitsgrad (Maier in US. Bureau of Mines, Bull. 436, S. 109, 1942).
  • Die Elektrolyse von geschmolzenem Salz ist in der britischen Patentschrift 197887 beschrieben. K r o 11 und Mitarbeiter, US. Bureau of Mines, Rep.4752, Dezember 1950, haben festgestellt, daß auf diesem Wege hergestelltes, metallisches Chrom 3,6% Oxyd enthält.
  • Eine hexagonale Form des Chroms wurde an überzügen beobachtet, aber nicht an idiomorphen Kristallen. Die hexagonale Struktur wird bei 1stündigem Erhitzen auf 150° C gemäß Snavely, Transactions of the Electrotechnical Society, 92, (1947) 537, zur üblichen, kubisch raumzentrierten Modifikation umgewandelt.
  • Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes reines Chrom besteht aus idiomorphen, makroskopischen Kristallen und enthält weniger als 0,01% Sauerstoff. Der Chromgehalt der Kristalle ist höher als 99,99% Chrom. Die Kristalle sind bei Zimmertemperatur leicht duktil, und bei erhöhter Temperatur werden sie stark duktil.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht darin, daß das zu raffinierende chromhaltige Ausgangsmaterial als Anode in einem schmelzflüssigen Elektrolyten aus mindestens einem Alkali- oder Erdalkalichlorid verwendet wird, in dem bei einer Badtemperatur von 500 bis 1000° C von 1 bis 10% Chrom in Form des Chlorides mit einer Durchschnittswertigkeit von 2,05 bis 2,2 und bis 0,6'% Alkali- und/oder Erdalkalimetalle gelöst sind, wobei eine kathodische Stromdichte von 4,65 bis 46,5 A/m2 und eine anodische Stromdichte von 0,093 bis 4,65 A/m2 angewandt wird, um Chrom in kristalliner hexagonaler Form auf der Kathode niederzuschlagen. Als Kathode verwendet man zweckmäßig eine Eisenkathode und als in dem Chlorid gelöstes Alkalimetall gelöstes Natrium. In der ersten Stufe dieses Verfahrens erfolgt ein Niederschlag von kleinen Chromkristallen in einer Salzschicht auf der Oberfläche der Kathode. Diese Kristalle wachsen zu einer Schicht dichten Chroms zusammen, welches eine duktile, das Kathodenmetall gut schützende überzugsplatte darstellt. Die großen idiomorphen Kristalle und Kristallverwachsungen, gemäß der Erfindung, haften an der Kathode zufolge der in der Salzschicht dispergierten, feinen Chromkristalle.
  • Aus solchem Chrom können z. B. die genannten Chromplatten und galvanische Verchromungen hergestellt werden. Diese Platte besteht aus Mikrokristallen und ist stark deformierbar und duktil. Dieses Metall besitzt einen elektrischen Widerstand von 3,6 Mikroohm - cm und besitzt als galvanischer Überzug auf Stahl vorzügliche antikorrosive Eigenschaften in Salzwasser.
  • Das nach dem genannten Verfahren gewonnene reine Chrom hexagonaler Form ist auch geeignet, mit Titan, Zirkonium und Kobalt nach dem Verfahren der Pulvermetallurgie legiert zu werden. Auf diese Weise hergestellte Legierungen besitzen nicht die besonderen negativen, den Chromlegierungen bekannter Art anhaftenden Eigenschaften. Beispiel 1 In einem gelochten Stahlkorb, welcher um einen Stahlstab in einer elektrolytischen Zelle konzentrisch angeordnet ist, wird in Argonatmosphäre zunächst Natriumchlorid als Elektrolyt geschmolzen. In dem Natriumchlorid sind 5% Chrom als Chromchlorid mit einer Durchschnittswertigkeit von 2,05 enthalten. Außerdem befindet sich in dem geschmolzenen Natriumchlorid 0,1% metallisches Natrium. Die Herstellung des Elektrolyten erfolgt durch Schmelzen eines Gemisches von Chromtrichlorid (CrClg) und Natriumchlorid, welche in die genannte Zelle gegeben werden, um sodann Gleichstrom vom Chrom in dem Anodenkorb zur Wandung der Stahlzelle zu führen. Der Strom besitzt eine Stärke von 5 A so lange, bis für je 52 g des vorhandenen Chroms ein Stromdurchgang von 1,2 Faraday vorliegt. Auf diese Weise wird neben einer Reinigung des Elektrolyten die für die Raffination erfindungsgemäß geforderte Einstellung der Durchschnittswertigkeit des Chromchlorids erreicht. In den Korb wird nun nach Herstellung des Elektrolyten Ferrochrom folgender Zusammensetzung gegeben: Chrom ..... ...... .. .. ......... 71,40/0 Eisen ......................... 28,6°/o Silicium .. .................. 0,270/0 Kohlenstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,031/0 Unlösliche Bestandteile ..... . ... 1,2311/o Die Oberfläche des Ferrochroms in dem Anodenkorb beträgt etwa 9,3 m2. Die eingetauchte Oberfläche des Ausgangskathodenstabes besitzt eine Oberfläche von 0,0465 m2.
  • Sodann läßt man durch die Zelle in Argonatmosphäre einen Gleichstrom von 100 A 3 Stunden bei einer Temperatur von 800° C durchgehen.
  • Der Kathodenstab mit dem anhaftenden Material wird sodann aus dem Bad entfernt und ohne Luftzutritt abgekühlt. An dem Stab haften 290 g makroskopische Chromkristalle hexagonaler Form. Diese werden von der Kathode entfernt und zur Befreiung von Salz mit 1% Salzsäure gewaschen. Nach dem Trocknen besitzen diese Kristalle eine Vickers-Härte von 126. Die Kristalle sind im kalten Zustand duktil. Sie enthalten weniger als 0;01% Sauerstoff und kaum irgendwelche anderen Verunreinigungen. Die Zusammensetzung des Bades wurde durch den Stromdurchgang nicht geändert.
  • Der Kathodenstab, von welchem die Kristalle entfernt wurden, war mit einer 10 mm starken Schicht Salz überzogen, eine Schicht, welche feinverteilte Chromkristalle enthält. Diese Schicht wurde abgeschabt. Unter der abgeschabten Schicht lag auf dem Kathodenstab eine 3 mm starke Platte von duktilem Chrom. Die Platte wies keine Porosität auf und schützt den Stahl gegenüber Salzwasser. Der elektrische Widerstand der duktilen Chromschicht ist 3,6 Mikroohm - cm bei Zimmertemperatur. Sowohl die Kristalle als auch die Chromplatte weisen gemäß der Analyse einen Gehalt von weniger als 0,01% Sauerstoff und keine anderen, bestimmbaren Verunreinigungen auf.
  • Beispiel 2 Gemäß diesem Beispiel wird verfahren wie nach Beispiel 1, mit der Abweichung, daß der Elektrolyt aus 65% Strontiumchlorid und 35% Natriumchlorid besteht. Im Elektrolyten sind 8,9% Chrom als Chlorid gelöst, welches eine Durchschnittswertigkeit von 2,16 aufweist. Außerdem ist im Elektrolyten 0,6% Alkali- und/oder Erdalkalimetall gelöst. Die Temperatur beträgt 600° C. Die Kathode besteht aus einem Aluminiumstab.
  • Nach 3stündigem Stromdurchgang liegt dasselbe Ergebnis vor wie nach Beispiel 1. Auf dem Aluminiumstab hat sich eine nicht poröse, duktile Platte gebildet. Beispiel 3 Es wird rohes Chrom in Pulverform verwendet und mit Chromtrichlorid in solchem Verhältnis vermischt, daß zweiwertiges Chromchlorid gebildet wird. Zu diesem wird Natriumchlorid in solcher Menge zugegeben, daß der Gesamtchromgehalt 10 Gewichtsprozent beträgt. Es wird auf 800° C erhitzt; und schließlich wird in einer Zelle gemäß Beispiel 1 elektrolysiert, und zwar mit einer Anode aus zerkleinertem Chrom. Man läßt einen Strom von 5 A 3 Stunden durchgehen. In dem erhaltenen Elektrolyt befinden sich 9,8% vollkommen lösliche Chrom-Bestandteile. Die Durchschnittswertigkeit beträgt 2,08. Der Natriumgehalt beträgt 0;5 0/0.
  • In die Zelle wird sodann eine Molybdänkathode gebracht, deren eintauchender Teil eine Oberfläche von 0,184 m2 besitzt. Das Chrom in dem gelochten Stahlkorb besitzt eine Oberfläche von 92 m2. Man elektrolysiert mit 500 A 3 Stunden bei 800° C.
  • Die Molybdänkathode wird aus dem Bad entfernt und in Argon abgekühlt. Von der Kathode können 1410 g makroskopische, hexagonale Chromkristalle entfernt werden.
  • Das als Anode dienende rohe Chrom enthielt 1,6% Sauerstoff, 3% Eisen, Rest Chrom. Die von der Kathode entfernten Chromkristalle enthielten weniger als 0,010/a Sauerstoff und weniger als 0,01% Eisen. Feststellbare andere Verunreinigungen waren nicht vorhanden.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung von reinem Chrom durch elektrolytische Raffination von unreinem Chrom oder Chromlegierungen, z. B. Ferrochrom, dadurch gekennzeichnet, daß das zu raffinierende chromhaltige Ausgangsmaterial als Anode in einem schmelzflüssigen Elektrolyten aus mindestens einem Alkali- und/oder Erdalkalichlorid verwendet wird, in dem bei einer Badtemperatur von 500 bis 1000° C 1 bis 10% Chrom in Form des Chlorides mit einer Durchschnittswertigkeit von 2,05 bis 2,2 und 0,6% Alkali- und/oder Erdalkalimetalle gelöst sind, und daß eine kathodische Stromdichte von 4,65 bis 46,5 A/m2 und eine anodische Stromdichte von 0,09 bis 4,65 A/m2 angewandt wird, um Chrom in Form auf der Kathode niederzuschlagen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 709 742; britische Patentschrift Nr. 713 432; USA.-Patentschrift Nr. 1861625.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1861625A (en) * 1929-03-30 1932-06-07 Westinghouse Lamp Co Method of producing rare metals by electrolysis
DE709742C (de) * 1938-08-28 1941-08-26 Degussa Verfahren zur Gewinnung von metallischem Chrom durch Schmelzflusselektrolyse
GB713432A (en) * 1950-02-16 1954-08-11 Walter M Weil Improvements in the electrolytic production of chromium

Patent Citations (3)

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