DE913959C - Verfahren zur Elektroabscheidung von metallischem Chrom - Google Patents

Verfahren zur Elektroabscheidung von metallischem Chrom

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DE913959C
DE913959C DEE5504A DEE0005504A DE913959C DE 913959 C DE913959 C DE 913959C DE E5504 A DEE5504 A DE E5504A DE E0005504 A DEE0005504 A DE E0005504A DE 913959 C DE913959 C DE 913959C
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DE
Germany
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chromium
iron
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anolyte
precipitate
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DEE5504A
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English (en)
Inventor
Michael Carl Carosella
John Daniel Mettler
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Linde Canada Inc
Original Assignee
Electric Furnace Products Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C1/00Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions
    • C25C1/06Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions or iron group metals, refractory metals or manganese
    • C25C1/10Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions or iron group metals, refractory metals or manganese of chromium or manganese

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  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Description

  • Verfahren zur Elektroabscheidung von metallischem Chrom Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrolytisches Verfahren in Form eines Kreisprozesses zur Darstellung von Chrommetall aus Eisen-Chrom-Legierungen.
  • Nach einem bekannten Verfahren zur Elektroabscheidung von Chrom wird Chrom aus Chromsäurelösungen elektrolytisch abgeschieden. Wegen der als Ausgangsmaterial erforderlichen teuren Chromsäure und wegen des hohen Stromverbrauchs ist dies Verfahren sehr unwirtschaftlich.
  • Ein anderes bekanntes Verfahren zur Elektroabscheidung von Chrom besteht darin, daß man zunächst den als Ausgangsstoff dienenden Ammonium-Chromalaun darstellt, indem man Chromerz mit Anodenflüssigkeit aus der Elektrolyse unter Schwefelsäurezusatz auszieht, Eisen, Aluminium und andere Verunreinigungen aus den Auszügen als Alaune kristallisieren läßt, wozu nochmals Schwefelsäure und Ammonsulfat verbraucht wird, und endlich durch wiederholte Kristallisation aus den anfallenden teilweise gereinigten Lösungen einen im wesentlichen reinen Chromalaun wiedergewinnt. Obwohl nach diesem Verfahren elektrolytisches Chrom von hohem Reinheitsgrad gewonnen werden kann, beeinträchtigt die Verwickeltheit dieses Verfahrens ebenso wie die durch die Mischkristallisation des Chroms mit den abfallenden Alaunen bedingte niedrige Chromrückgewinnung die wirtschaftliche Anwendbarkeit des Verfahrens.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren in Gestalt eines Kreisprozesses, mit Hilfe dessen metallisches Chrom von hohem Reinheitsgrad gewonnen werden kann, ohne daß die Unzulänglichkeiten der bisher angewendeten Verfahren in Kauf genommen werden müssen.
  • Ferner handelt es sich gemäß der Erfindung darum, im Verlauf des Kreisprozesses Chromverbindungen zu gewinnen, die in der Elektroabscheidungsstufe vorteilhaft zur Bildung von metallischem Chrom von hohem Reinheitsgrad benützt werden können.
  • Die Zeichnung gibt eine Übersicht über die einzelnen Stufen des als Kresprozeß ausgebildeten Verfahrens nach der Erfindung.
  • Erfindungsgemäß wird eine Eisen-Chrom-Legierung bei einer Temperatur zwischen 6o und 105' mit einer verdünnten Mineralsäure; z. B. Schwefelsäure, ausgezogen (digeriert). Diese Stufe wird durch Fach z des Übersichtsblatts dargestellt. Die dabei entstehende breiige Masse wird filtriert, um den überwiegend aus Kieselsäure bestehenden Niederschlag abzutrennen. Diese Stufe wird durch Fach 2 des Übersichtsblatts dargestellt Das Filtrat wird der heißen wäBrigen Lösung einer Alkali- oder Erdalkalibase, beispielsweise Natriumkarbonat, unter im wesentlichen nicht oxydierenden atmosphärischen Bedingungen zugefügt" bis ein pH-Endwert unter 3,8 erreicht ist, wodurch ein körniger Niederschlag von basischem Chromsulfat erhalten wird, der leicht filtriert und von löslichen Salzen freigewaschen werden kann. Die Fällungsstufe wird durch Fach 3, die Filtration durch Fach 4 des Übersichtsblatts dargestellt. Die Temperatur der Lösung der Alkali- oder Erdalkalibase sollte, um mit Sicherheit einen körnigen Niederschlag zu erhalten, während dieser Verfahrensstufe über 6o°' liegen, da unterhalb 6o° der Niederschlag dazu neigt, zu gelatinieren. Der Niederschlag an basischem Chromsulfathydrat wird in einem Anteil reduzierter Anodenflüssigkeit aus der Elektrolyse gelöst und ergibt Lösungen von dreiwertigem basischem Chromsulfat, die in der Elektroabscheidungsstufe als Elektrolyt verwendet werden. Fach 5 des Übersichtsblatts zeigt diese Verfahrensstufe. Die erhaltene Lösung wird dann auf eine höhere Konzentration eingedampft, was in Fach 6 des Übersichtsblatts zum Ausdruck kommt.
  • Der Niederschlag an basischem Chromsulfathydrat kann mit einer beträchtlich geringeren als der berechneten, zur Neutralisation des basischen Anteils des Niederschlags theoretisch notwendigen Säuremenge gelöst werden, wobei eine Lösung mit einem Gehalt an basischem Chromsulfat entsteht.
  • Die Elektrolyse dieser basischen Chromsulfatlösungen mit einem Zusatz von neutralen Salzen, wie Ammoniumsulfat und Natriumsulfat, in einer Diaphragmazelle, worin die Badtemperatur zwischen 30 und 6o° und der pH-Wert der Kathodenflüssigkeit zwischen 1,5 und 2,4 gehalten werden, verläuft unter Bildung von metallischem Chrom an der Kathode und Schwefelsäure mit einem Gehalt von etwas Chromsäure an der Anode. In dieser Verfahrensstufe wird zu der Regulierung des pH-Wertes freie Schwefelsäure der Kathodenflüssigkeit zugefügt. Fach 7 des Übersichtsblatts zeigt diese Stufe an.
  • Das sechswertige Chrom in der Anodenflüssigkeit wird mittels eines gebräuchlichen organischen oder anorganischen Reduktionsmittels zu dreiwertigem Chrom reduziert, was durch Fach 8 im Übersichtsblatt dargestellt ist. Ein Teil der so reduzierten Anodenflüssigkeit wird verwendet, um einen weiteren Teil des Niederschlags an basischem Chromsulfat, das zur Füllung der Zelle dient, aufzulosen. Die Verwendung dieser reduzierten Anodenflüssigkeit im Kreislauf ist durch die die Fächer 8 und 5 verbindende Linie des Übersichtsblatts dargestellt. Die verbleibende reduzierende Anodenflüssigkeit, die den Sulfatanteil des basischen Chromsulfatniederschlags als Schwefelsäure enthält, ist übrig und kann zur Auflösung von Eisen-Chrom-Legierung verwendet werden, woraus weiteres basisches Chromsulfat bereitet werden kann. Die Verwendung dieses Überschusses an reduzierter Anodenflüssigkeit im KreislaufprozeB wird durch die Linie, die die Fächer 8 und z auf dem Übersichtsblatt verbindet, dargestellt.
  • Es wurde gefunden, daß in der Fällungsstufe unter im wesentlichen nicht oxydierenden Bedingungen oberhalb eines pH-Endwertes von 3,8 der Eisengehalt des Niederschlags für eine gegebene Erhöhung des pH-Wertes schneller anwächst. Auf diese Weise können, wenn man in einer nicht oxydierenden Atmosphäre arbeitet und den pH-Wert innerhalb des angegebenen pH-Bereiches reguliert, die Eisenverunreinigungen wirkungsvoll auf ein Minimum herabgesetzt werden, wobei ein leicht filtrierbarer Niederschlag entsteht.
  • Es ist jedoch zu bemerken, daß beim Herabsetzen des pH-End-,vertes zwecks Verringerung des Eisengehaltes im Niederschlag eine Verringerung des gesamten gefällten Chroms eintritt. Deswegen verlangt die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens, daß der p.H-Endwert nicht auf einen allzu niedrigen Wert herabgesetzt wird.
  • In der Elektroabscheidungsstufe gehört zu jeder gegebenen Badtemperatur (innerhalb des anwendungsfähigen Bereiches zwischen 30 und 6o°) ein einziger pHWert (innerhalb des Bereiches zwischen 1,5 und 2,4) für die Kathodenflüssigkeit, bei welchem ein maximaler Stromwirkungsgrad zu erhalten ist. Um diesen maximalen Wirkungsgrad sicherzustellen, sollte der pH-Wert durch Zugabe freier Schwefelsäure zur Kathodenflüssigkeit geregelt werden.
  • Nachstehend sei ein Beispiel für eine typische Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung aufgeführt, wobei die für jede Verfahrensgruppe eines geschlossenen Kreisprozesses anzuwendenden Bestandteile quantitativ angegeben sind: 420 g kohlenstoffreiches Ferrochrom (68,5% Cr, 24,2% Fe) wurden ausgezogen mit 966 g zusätzlicher verdünnter Schwefelsäure und 328 ccm überschüssiger reduzierter Anodenflüssigkeit, bestehend aus io g dreiwertigem Chromion, 14 g Ammonsulfat, 8 g Natriumsulfat und i 18 g Schwefelsäure. Dampf und Wasser wurden in der Auslaugstufe zugefügt. Die resultierende breiige Masse wurde filtriert, und 42 g Rückstand wurden ausgeschieden, der zur Hauptsache aus Kieselsäure bestand, jedoch 2 g Chrom und i g Eisen enthielt. Eine Analyse des Filtrats ergab 296 g dreiwertiges Chromion, ioo,8 g zweiwertiges Eisenion, 1,4 g Ammonsulfat und 8 g Natriumsulfat. Wenn das Filtrat zu einer heißen wäßrigen Lösung mit einem Gehalt von 925 g io°/oigem Natriumkarbonat unter den früher erwähnten Bedingungen zugefügt wurde, enthielten die dabbi gebildeten 3382 g filtrierten basischen Chromsulfatniederschlags 2628 g Wasser, 280 g Chrom, o,8 g Eisen und 116 g Sulfat. Das Filtrat und die Waschflüssigkeit enthielten 16 g Chrom, 14 g Ammoniumsulfat, 1248 g Natriumsulfat und ioo g Eisen.
  • Das basische Chromsulfat wurde mittels 127 ccm reduzierter Anodenflüssigkeit aufgelöst, die aus 38,3 g dreiwertigem Chromion, 55 g Ammoniumsulfat, 32 g Natriumsulfat und q.6o g Schwefelsäure bestand. Zu dieser Lösung wurden 14 g Ammoniumsulfat und 8 g Natriumsulfat zugefügt. Die so entstandenen 3905 ccm Lösung enthielten 318,3 g dreiwertiges Chromion, 69 g Ammoniumsulfat, 40 g Natriumsulfat und o,8 g Eisen. 2300 ccm Wasser wurden abgedampft und die verbleibende Lösung als Zellenfüllung benutzt. Nach der Elektroabscheidung unter den vorstehend angegebenen Bedingungen wurde metallisches Chrom von der Zusammensetzung 270,3 g Chrom und o,8 g Eisen erhalten. Es wurden 16o5 ccm Anodenflüssigkeit mit einem Gehalt von 48 g sechswertigem Chromion, 69 g Ammonsulfat, 40 g Natriumsulfat und 7149 Schwefelsäure erzeugt. Diese Anodenflüssigkeit wurde mit 40 g Melasse reduziert, was zu 455 ccm reduzierter Anodenflüssigkeit führte, von der 328 ccm, wie eingangs beschrieben, zum Auslaugen des Ferrochroms in Betracht kamen, während 127 ccm davon, wie oben erwähnt, als Lösungsmittel für den körnigen Niederschlag von basischem Chromsulfat benutzt wurden.

Claims (2)

  1. PATENTANSPROJCHE: i. Verfahren in Gestalt eines Kreisprozesses zur Elektroabscheidung von metallischem Chrom mit Hilfe einer geteilten elektrolytischen Zelle und eines aus einer Eisen-Chrom-Legierung hergestellten Elektrolyts, wobei die Eisen-Chrom-Legierung mit verdünnter Schwefelsäure bei einer Temperatur zwischen 6o und 1o5° ausgelaugt, die Lauge von dem Rückstand abgetrennt und die löslichen Verunreinigungen aus der Auslaugflüssigkeit ausgeschieden werden, worauf die gereinigte Lösung im Kathodenteil der elektrolytischen Zelle unter Abscheidung von metallischem Chrom an der Kathode und Bildung einer schwefel- und chromsäurehaltigen Anodenflüssigkeit elektrolysiert und diese Anodenflüssigkeit zwecks Umwandlung ihres sechswertigen Chromions in den dreiwertigen Zustand mit einem Reduktionsmittel behandelt und nach dem Reduzieren einer früheren Verfahrenstufe zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die löslichen Verunreinigungen aus der Auslaugflüssigkeit entfernt werden, indem man die Auslaugflüssigkeit in einer nicht oxydierenden Atmosphäre bei einer Temperatur über 6o° einer eine Alkali- oder Erdalkalibase enthaltenden wäßrigen Lösung zufügt, bis ein pH-Endwert unterhalb 3,8 erreicht ist und den anfallenden körnigen Niederschlag von basischem Chromsulfat von der Mischung trennt, diesen Niederschlag mittels eines Anteils der reduzierten Anodenlösung auflöst und das überschüssige Wasser aus der Lösung abdampft.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Anteil der reduzierten Anodenlösung in das Auslaugbad zurückgeführt wird.
DEE5504A 1951-06-07 1952-05-20 Verfahren zur Elektroabscheidung von metallischem Chrom Expired DE913959C (de)

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