JPH0657606B2 - 高純度クロムアンモニウム明ばん及びその製造法 - Google Patents

高純度クロムアンモニウム明ばん及びその製造法

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JPH0657606B2
JPH0657606B2 JP63039561A JP3956188A JPH0657606B2 JP H0657606 B2 JPH0657606 B2 JP H0657606B2 JP 63039561 A JP63039561 A JP 63039561A JP 3956188 A JP3956188 A JP 3956188A JP H0657606 B2 JPH0657606 B2 JP H0657606B2
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ammonium alum
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竜介 佐藤
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G37/00Compounds of chromium
    • C01G37/08Chromium sulfates
    • C01G37/10Chrome alum

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は高純度クロムアンモニウム明ばん及びその製造
方法に関するものであり、さらに詳しく述べるならば、
電解法による金属クロムの製造に用いられる高純度クロ
ムアンモニウム明ばん(以下クロムアンモニウム明ばん
を「明ばん」という)及びその製造方法に関するもので
ある。特に、本発明はフエロクロムの製造、フェロ
クロムの溶解、除鉄、明ばんの製造を主要工程とす
る明ばんの製法において、、を改良し、明ばんの
電解により高純度金属クロムを得ることを目的とするも
のである。
(従来の技術) 明ばんから電解採取法により金属クロムを得る方法は従
来より行なわれてきた。
金属クロムはスーパーアロイ用合金母材、ハードディス
ク用ターゲット材などとして利用されるが、金属クロム
の高純度化、特に鉄含有量の著しく低い金属クロムが必
要となっている。従来の一般的な電解金属クロムは3N
(99.92%)が純度の限界であった。最近4N(9
9.99%)以上の高純度金属クロムが製造されるよう
になったが、その原料としては5N(99.999%)
以上の高純度明ばんが必要とされる。高純度明ばんを製
造するためには、クロム鉱石を還元して得られるフェロ
クロムを硫酸で溶解し、これに硫酸アンモニウムを加
え、モール塩(硫酸鉄アンモニウム)を晶析分離し、二
価Crの存在下で明ばんを晶析分離し、溶解後さらに再
結晶させる方法が一般的である(「クロム資源と利用」
−宗宮重行、第193〜第206頁参照)。この方法を
以下詳しく説明する。
フエロクロムの製造:高炭素フエロクロムおよび低炭
素フエロクロムがあるが、高純度明ばんの製造には低炭
素フエロクロムが使用される。
フエロクロムの溶解:フェロクロムを、硫酸、電解陽
極廃液の6価Crを還元した硫酸溶液、クロム明ばん母
液等に100℃以上の温度で溶解する。クロム鉱石を還
元したフェロクロムは酸に可溶となるが、Cr、Fe共
化学的性質が類似するため得られた溶液中にはいずれも
溶解しており、分離困難である。そのため、得られた硫
酸クロムおよび硫酸第1鉄溶液から除鉄を行なう。
除鉄:フェロクロムを溶解した溶液に硫酸アンモニウ
ムを添加した後、急冷し、硫酸第1鉄を硫酸第1鉄アン
モニウム(モール塩) −FeSO4・(NH42SO4・6H2O−の結晶とし
て晶出させる。フェロクロムを溶解して得た硫酸クロム
の緑色塩は硫酸アンモニウムと複塩を形成し難いため、
鉄のみが硫酸第1鉄アンモニウムとして晶析し、過に
より除去される。
明ばんの製造:で得られた液は硫酸クロム−Cr2
(SO4)−と約5g/のFeイオンを含んでいる。
この液を23〜30℃では、10日以上成熟すること
によって、硫酸クロム(III)アンモニウム−Cr(N
4)(SO42・12H2O−すなわち明ばん−として
Crを晶析分離させる。明ばんの晶析速度は極めて遅い
ため、Cr2+を添加することにより晶析を促進すること
が行なわれている。
この時、二価Crは電解還元や、電解尾液との混合によ
って晶析液に供給されるが、二価Cr濃度と、明ばん結
晶中に巻き込まれる鉄含有量との関係は明らかではなか
った。
以下、晶析した明ばんを水に溶解し、再結晶させ、再び
水に溶解させ、明ばん水溶液をクロム電解に供する。
(発明が解決しようとする問題点) 4N(99.99%)以上の高純度金属クロムを明ばん
の電解採取法で製造するためには5N以上の高純度明ば
んの溶液を電解還元する必要がある。しかしながら、従
来還元溶解法では5N以上の高純度明ばんの製造はでき
なかった。
明ばん結晶を晶析させる際、工程の効率および安定性上
要求される範囲内で初期クロム濃度、硫安濃度、初期p
H、晶析温度を変化させ、晶析速度を測定したところ、
初期二価Cr濃度によって晶析速度は大きく変化し、こ
れにより明ばん結晶への金属成分不純物(主に鉄)の巻
き込み量は増減することがわかった。したがって、明ば
ん結晶中への鉄の巻き込みを最小にするためには初期二
価Crの最適値を求める必要がある。
(問題点を解決するための手段) 本発明者等は、従来明ばんの晶析速度を高めるために使
用されて来たCr2+の量をコントロールして一層高純度
の明ばんを製造するため以下のような実験を行なった。
低炭素フェロクロム(Cr−61%、Fe−38%、C
−0.1%)を硫酸水で85℃にて溶解し、硫安を加え
硫安濃度を500±100g/とした溶解液を0〜5
℃に冷却し、モール塩を遠心分離して鉄濃度0.3〜
0.5g/、クロム濃度60〜80g/の明ばん溶
液とする。次に、陰極をステンレス鋼、陽極を不溶性N
iとし、温度50℃、電流密度10A/dm2の条件下の
電解還元により三価Crの一部を二価Crに還元し、水
及び電解尾液を添加して晶析条件を以下のように調整
し、明ばん結晶を晶析させる。
硫安濃度 100〜500g/ (2回目晶出時は使用せず) 初期pH 0.0〜0.5 晶析温度 15〜40℃ 以上に代表される明ばんの晶析実験において二価Cr濃
度は(電解後且つ明ばん晶析初期で)2g/〜15g
/未満が鉄の巻き込みを最低限に抑える最適値である
ことが判明し、再晶析により、鉄含有量1ppm以下の高
純度(クロムアンモニウム)明ばんを製造することがで
きた。
すなわち、本発明の方法は、クロムを三価Crとして含
む溶液を電解還元して三価Crの一部を還元して生成し
た二価クロムを2g/〜15g/未満の含む溶液を
得、この溶液中に硫酸およびアンモニウムの存在する状
態においてクロムアンモニウム明ばんの晶析処理を行
い、その後再度部分還元電解処理により二価Crを上記
の範囲含有する溶液を得、この溶液で再晶析を行なう方
法である。この場合最初の二価Cr含有溶液中の鉄イオ
ン含有量は1.0g/まで許容される。電解還元を使
用する理由は、二価Crを得るのに最も簡便かつ確実な
方法であり、全工程の自由度も多いからである。
この方法を従来の明ばんの製造工程に組み込んで実施す
るには、フェロクロムを硫酸で溶解した第一溶液に硫酸
アンモニウムを加えて該溶液から硫酸鉄アンモニウムを
晶析分離し、かくして得られた、クロムを三価Crとし
て含む第二溶液を電解還元して2g/〜15g/未
満の二価Crを含む第三溶液を得、その後クロムアンモ
ニウム明ばんの第1回の晶析分離を行なえばよい。この
場合通常の電解クロム用電解液を二価クロムの部分還元
に使用することができ、また従来と同様の明ばん製造用
原料であるフェロクロムを使用して5Nの純度の明ばん
を製造することが可能になる。
本発明法は、従来の純度の電解クロムと、本発明による
Fe含有量が1ppm以下の高純度明ばんを原料として使
用する高純度電解クロムと、を併せて製造するように実
施することもできる。すなわち、三価Cr溶液から金属
クロムを採取する電解処理法における電解液中に生成す
る二価Crの濃度が2g/〜15g/未満である該
電解液に、硫酸およびアンモニウムの存在下で、クロム
アンモニウム明ばんの晶析分離処理を施す方法である。
この方法では、三価Cr含有溶液から金属クロムを採取
する電解処理法により通常の純度の電解クロムが得ら
れ、また本発明の方法により晶析させた明ばんを用いる
ことにより高純度電解クロムが得られるため、需要家の
要求により等級の異なる製品を同一クロム原料から作り
分けることができる。また、鉄のかなりの部分は通常純
度の電解クロムに電析してしまうから、電解液中の鉄濃
度は一層低くなり、一層高純度の明ばんが得られる。こ
の方法の前工程は、フェロクロムを硫酸で溶解した第一
溶液に硫酸アンモニウムを加えて該溶液から硫酸鉄アン
モニウムを晶析分離し、かくして得られた、クロムを三
価Crとして含む第二溶液から公知の方法で明ばんの晶
析分離を行ない、該クロムアンモニウム明ばんに再結晶
処理を施して得た結晶を溶解して得た第三溶液を前記部
分電解に供する電解液として使用するように構成するこ
とができる。この前工程では、公知の方法で明ばんの晶
析分離を行なうから、この段階では二価Crの濃度は特
に管理する必要がないという工程上の利点がある。しか
も、公知の方法で晶析された明ばんと電解クロムには鉄
のかなりの部分が取り込まれるから、本発明により二価
Cr量を管理して晶析した明ばんの純度は一層高くな
る。
(作用) 明ばん晶析の際、初期二価Cr濃度が低く、晶析速度が
遅い場合、液中の金属不純物のイオンは結晶表面の活性
点に飽和吸着し、明ばん結晶中の金属不純物含有量は増
加する。一方、初期二価Cr濃度が高く晶析速度が速い
場合、オーバーハング現象により、晶析液が明ばん結晶
中にとじ込められる割合が高くなり、金属不純物量が増
加する。よって二価Cr濃度を適正範囲内にコントロー
ルすることにより明ばん結晶中の金属不純物含有量を最
少限に抑えることができる。
上記のように明ばんの晶析速度を調節した本発明に対比
すると、従来は明ばんの晶析速度を高めるために二価C
rイオン量を多くしていたために、鉄が明ばん中に取り
込まれ易く高純度の明ばんを得ることができないことが
分かった。
本発明における明ばんの晶析の好ましい条件は下記の通
りである。
二価Cr含有溶液の二価Cr濃度は5〜10g/であ
る。また該溶液の全クロム濃度は50〜100g/で
ある。Fe濃度は低いほどよいが、0.3〜0.5g/
でも支障ない。晶析初期のpHは0.1〜0.7、特に
0.3が好ましい。硫酸の含有量は48〜9.8g/
、アンモニウムの含有量は27〜136g/であ
る。晶析温度は15〜40℃である。晶析中の溶液は攪
拌をおこなう。三価Crの部分電解液200当たり9
8%H2SO4を約10kg添加してpHを調節する。
次に、三価Crの部分還元を行なう際の好ましい条件は
下記のとおりである。電解槽はカチオンイオン交換膜を
隔膜とする二室槽である。陽極は不溶性電極、陰極はス
テンレス鋼電極である。陽極電解液は5%H2SO4溶液
である。温度は40〜60℃、特に50℃、pHは低めの
1.0〜1.7、特に1.5、電流密度は5〜15、特
に10A/dm2、極間電圧は6〜10Vである。
なお電解液中のクロムは電析により濃度が低下するから
クロムを補充して所望量の二価Cr量とする金属クロム
を添加してもよい。
以下、実施例によりさらに詳しく本発明を説明する。
(実施例) Cr−61%、Fe−38%、C−0.1%の低炭素フ
ェロクロムを硫酸水で85℃で溶解し、硫安を加え、硫
安濃度を500g/とした溶解液を5℃で12時間保
冷し、モール塩を晶析させ遠心分離した(除鉄)。過
した明ばん溶液はクロム濃度10g/、鉄濃度0.3
g/であり、これを電解還元し、二価Crを下表の通
りの所定濃度にした。なお、カチオンイオン交換膜で陽
極室と仕切られた陰極室の電解液ではクロム濃度の上昇
が見られた。
(一回目晶出) クロム濃度70g/、硫安濃度500g/、初期pH
0.3、晶析温度30℃で72時間かけて晶析させ、遠
心分離、洗浄した。明ばん結晶中の鉄含有量を測定した
結果以下のものが得られた。
二価Cr濃度を適正範囲外にし、実施例と同一晶析条件
にした結果を比較例に示す。
(2回目の晶出) 前記の実施例2及び比較例2で得られた明ばんを分離、
洗浄後、得られた明ばん結晶を水で再溶解した。この明
ばん溶液を電解還元し、初期Cr2+濃度を制御した。続
いて、1回目晶析と同じクロム濃度、pH及び温度条件で
72時間かけ晶析分離した結果以下のような明ばん結晶
が得られた。
初期二価Cr濃度を適正範囲に調節し、晶析を二回繰り
返すことにより、高純度明ばんを製造することができ
た。
(発明の効果) 本発明は上述のように晶析条件コントロールと2回晶析
により構成したから、明ばん中の鉄含有量は1ppm以下
と低い値となり、高純度明ばんを製造することができ
る。本発明によって得られた結晶は金属不純物、とくに
鉄含有量が極めて少ないため、これを用いて電解採取を
行なえば高純度金属クロムが得られ、高性能のスーパー
アロイ用合金母材、磁気記録用媒体などとして使用され
る。またこの高純度明ばんを電解クロム用に使用すれば
Fe10ppm以下の高純度クロムの製造が可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 竜介 福島県河沼郡河東町大字東長原字村北乙 180―1 昭和電工株式会社東長原工場内 (72)発明者 高橋 脩二 神奈川県川崎市川崎区扇町5―1 昭和電 工株式会社化学品研究所内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電解法により得られた、Fe含有量が1pp
    m以下であることを特徴とする高純度クロムアンモニウ
    ム明ばん。
  2. 【請求項2】クロムを三価Crとして含む溶液を電解還
    元して三価Crの一部を還元して生成した二価Crを2
    g/〜15g/未満含む溶液を得、この溶液中に硫
    酸およびアンモニウムが存在する状態において、クロム
    アンモニウム明ばんの晶析処理を行い、得られたクロム
    アンモニウム明ばんを溶解した溶液を電解還元して三価
    Crの一部を還元して生成した二価Crを2g/〜1
    5g/未満含む溶液においてクロムアンモニウム明ば
    んの再晶析処理を行うことを特徴とする高純度クロムア
    ンモニウム明ばんの製造法。
  3. 【請求項3】フェロクロムを硫酸で溶解した第一溶液に
    硫酸アンモニウムを加えて該溶液から硫酸鉄アンモニウ
    ムを晶析分離し、かくして得られた、クロムを三価Cr
    として含む第二溶液を電解還元して2g/〜15g/
    未満の二価Crを含む第三溶液を得、その後クロムア
    ンモニウム明ばんの晶析分離を行うことを特徴とする請
    求項2記載の高純度クロムアンモニウム明ばんの製造
    法。
  4. 【請求項4】三価Crを含有する溶液から金属クロムを
    電解採取した後の溶液中の二価クロム濃度を2g/〜
    15g/未満とし、この溶液にクロムアンモニウム明
    ばんの晶析を施す請求項2記載の高純度クロムアンモニ
    ウム明ばんの製造法。
  5. 【請求項5】フェロクロムを硫酸で溶解した第一溶液に
    硫酸アンモニウムを加えて該溶液から硫酸鉄アンモニウ
    ムを晶析分離し、かくして得られた、クロムを三価Cr
    として含む第二溶液から公知の方法でクロムアンモニウ
    ム明ばんの晶析分離を行い、該クロムアンモニウム明ば
    んに再結晶処理を施して得た結晶を溶解して得た第三溶
    液に前記電解採取を施す請求項4記載の高純度クロムア
    ンモニウム明ばんの製造法。
  6. 【請求項6】電解液中の二価Crの濃度が2g/〜1
    5g/未満に保たれるように電解液に金属クロムを補
    給する請求項4又は5記載の高純度クロムアンモニウム
    明ばんの製造法。
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CN104372380B (zh) * 2014-11-18 2016-08-24 辽宁石化职业技术学院 一种低温熔盐法制备高纯铬
CN117185351A (zh) * 2023-09-07 2023-12-08 有研资源环境技术研究院(北京)有限公司 一种超细高纯三氧化二铬及其制备方法

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