阅读说明：本技术 一种利用碳化铬制备金属铬的方法 (Method for preparing chromium metal by using chromium carbide ) 是由 付莹 孔祥清 付连生 于占东 张婷婷 牛秀梅 周渊明 张鹏 于 2020-04-30 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种利用碳化铬制备金属铬的方法,属于工业固体废弃物资源化利用领域和有色金属的处理技术领域,其特征是以铝铬渣生产铬刚玉过程中形成的碳化铬副产品作为原料,解决了固体废弃物的资源化利用问题,所生产的产品符合95金属铬要求,原材料价格低廉,生产成本低；工艺相对简单,生产效率高,对环境影响小；实现了铝铬渣及其副产品的资源化循环利用,节约资源,对环境友好,是金属铬的生产提供了一种较理想的方法。(The invention provides a method for preparing chromium metal by using chromium carbide, belonging to the field of resource utilization of industrial solid wastes and the technical field of treatment of nonferrous metals, which is characterized in that a chromium carbide byproduct formed in the process of producing chromium corundum by using aluminum chromium slag is used as a raw material, so that the resource utilization problem of the solid wastes is solved, the produced product meets the requirement of 95 chromium metal, the price of the raw material is low, and the production cost is low; the process is relatively simple, the production efficiency is high, and the influence on the environment is small; realizes the resource recycling of the aluminum chromium slag and the byproducts thereof, saves resources, is environment-friendly, and provides an ideal method for the production of metal chromium.)

一种利用碳化铬制备金属铬的方法

技术领域

本发明涉及工业固体废弃物资源化利用领域和有色金属的处理技术领域，具体是一种利用碳化铬制备金属铬的方法。

背景技术

铬作为一种重要的战略资源，由于其具有硬度高、耐磨性好、耐高温和抗腐蚀等优良特性，被广泛应用于冶炼高温合金、电阻合金、精密合金及其它非铁基合金。

目前工业上金属铬的生产工艺，主要是采用电解法和金属铬熔炼炉法等冶炼技术。在金属热还原法生产金属铬过程中，由于还原剂铝粉价格高，使金属铬的生产成本高，且热还原法产出的金属铬质量不如电解法生产得到的金属铬。在电解法生产过程中，现有的生产工艺不仅过程复杂，而且能耗及成本都很高。随着对能源利用的日趋重视，开发节能型金属铬的生产工艺，已经是不可阻挡的趋势。

铝铬渣是铝热还原反应冶炼金属铬所衍生的副产物。在冶炼金属铬时利用金属铝与工业氧化铬发生还原反应制取金属铬，金属铝粉与Cr₂O₃在熔融的状态下发生激烈的化学反应，生成的Al₂O₃迅速向刚玉相转变，同时与未反应完全的Cr₂O₃固溶，生成铝铬固溶体，即铝铬渣。通常，每生产l吨金属铬排放15吨铝铬渣，铝铬渣的主要成分为A1₂O₃和Cr₂O₃。铝铬渣对生态环境等存在一定的危害性，但如果治理得当，又是可利用的资源。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用工业废弃物铝铬渣生产铬刚玉过程中形成的碳化铬副产品为原料的金属铬制备方法，同时解决固体废物铝铬渣的环境污染问题及资源化再利用问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种利用碳化铬制备金属铬的方法，包含以下步骤：

A:原料准备：将铝铬渣破碎，得到铝铬渣颗粒；将铝铬渣颗粒与石油焦颗粒混合后加入到电弧炉中；启动电弧炉后，石墨电极附近温度迅速升高，当温度达到2039K时，Cr₇C₃开始熔化、聚集、下沉，最终获得Cr₇C₃块体，然后将其破碎、球磨成粉末,选取一定量的Cr₂O₃与Cr₇C₃粉末混合均匀。

B:原料进炉：将上述混合料放进真空感应加热炉的炉腔内，开启真空系统，当真空度达到10Pa时，打开加热系统，升温速率为50℃/min，当温度达到1450℃时候开始恒温，Cr₇C₃与Cr₂O₃高温下发生反应，生成金属铬和一氧化碳，生成的一氧化碳在真空或者负压下不断排出，直到真空度维持在1-20Pa范围内，继续恒温5小时后，确保反应充分后，关闭真空系统。

作为本发明的进一步技术方案：所述步骤A中的Cr₇C₃与Cr₂O₃的质量比为：1:1-3:1。

作为本发明的进一步技术方案：所述步骤A中的铝铬渣破碎后的粒度≤10mm。

作为本发明的进一步技术方案：所述步骤A中的Cr₇C₃粉末为80-120目颗粒。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明以工业废弃物铝铬渣生产铬刚玉过程中形成的碳化铬副产品为原料制备金属铬，解决了固体废弃物的排放问题，大量消耗铝铬渣及其工业副产品碳化铬，缓解铝铬渣对环境危害，实现了铝铬渣的资源化循环利用，节约资源，对环境友好。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种利用碳化铬制备金属铬的方法，同时解决固体废物铝铬渣的环境污染问题及资源化再利用问题。

所述铝铬渣颗粒为治炼金属铬产生的炉渣，所述铝铬渣颗粒的化学成分是:Al₂O₃为75～85wt％，Cr₂O₃为8～15wt％，CaO≤3wt％，Fe₂O₃≤2wt％，MgO≤2wt％；所述铝铬渣的粒径≤10mm。Al₂O₃的熔点为2327K，密度为3.9g/cm³，Cr₂O₃的熔点为2539K，密度为5.21g/cm³，C的熔点3823K，密度2.26g/cm³，Cr₇C₃熔点为2039K，密度6.89g/cm³。启动电弧炉后，石墨电极附近温度迅速升高，根据热力学原理，温度为1400K时，C与Cr₂O₃反应生成Cr₇C₃的标准吉布斯自由能已经小于零，说明该碳还原反应可自动进行，随着温度的升高，该反应趋势越强，当温度达到2039K时，Cr₇C₃开始熔化、聚集，由于密度较其他氧化物大，会不断下沉，最终形成Cr₇C₃块体。当温度达到2327K时Al₂O₃开始熔化，由于密度差异较大，Al₂O₃与Cr₇C₃形成分层，一方面得到了纯度较高的Al₂O₃产品，另一方面得到了廉价的Cr₇C₃。进一步用真空还原的方法制备更高附加值的金属铬，最大限度地实现了固体废弃资源综合利用。所生成的Cr₇C₃其主要成分为铬84.52％，碳8.65％，铁1.66％。利用Cr₇C₃制备氮化铬铁的反应原理如下：

Cr₇C₃+Cr₂O₃＝9Cr+3CO

Cr₇C₃与Cr₂O₃高温下发生反应，生成金属铬和一氧化碳，生成的一氧化碳在真空或者负压下不断排出，可以通过真空计显示值判断是否仍有一氧化碳排出，待反应充分，最终形成金属铬。

一种利用碳化铬制备金属铬的方法，所述方法如下：

原料准备：将铝铬渣破碎至粒度≤10mm，得到铝铬渣颗粒；将铝铬渣颗粒与石油焦颗粒混合后加入到电弧炉中；启动电弧炉后，石墨电极附近温度迅速升高，当温度达到2039K时，Cr₇C₃开始熔化、聚集、下沉，最终获得Cr₇C₃块体，然后将其破碎、球磨成80-120目的粉末。选取一定量的Cr₂O₃与Cr₇C₃粉末混合均匀，所述Cr₇C₃与Cr₂O₃的质量比为：1:1-3:1。原料进炉：将上述混合料放进真空感应加热炉的炉腔内，开启真空系统，当真空度达到10Pa时，打开加热系统，升温速率为50℃/min，当温度达到1450℃时候开始恒温，Cr₇C₃与Cr₂O₃高温下发生反应，生成金属铬和一氧化碳，生成的一氧化碳在真空或者负压下不断排出，直到真空度维持在1-20Pa范围内，继续恒温5小时后，确保反应充分后，关闭真空系统。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果:

1.本发明以工业废弃物铝铬渣生产铬刚玉过程中形成的碳化铬副产品为原料制备金属铬，解决了固体废弃物的排放问题，实现了铝铬渣的资源化循环利用，节约资源，对环境友好，按每年3.4万吨铝铬渣的转化量推算，每年可节约铝矾土矿5万吨，铬矿1万吨。生产的产品符合95金属铬材料要求，可被用于钢铁及有色金属合金制备过程中的添加剂。

2.原材料价格低廉，生产成本低，比常规方法低20％-30％。

3.工艺相对简单，生产效率高，对环境影响小。

因此，本发明具能有效消耗碳化铬，提高其附加值，环境友好。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。