低温熔盐法制备高纯铬

制备金属铬主要有铝热法和电解法，除此之外，还有电硅热法、电铝热法和氧化铬真空碳还原法。

我国主要采用铝热法制取金属铬。

铝热法是以三氧化二铬为原料，铝粉作还原剂熔炼出金属铬。

通常铝热法制得的金属铬的纯度为99.0%。

金属铬中的硅含量及铝粉纯度是影响产品质量的重要因素。

电解法生产金属铬，按使用电解质不同，分为铬铵矾电解法、铬酸酐电解法。

目前已工业化应用的是铬铵矾电解法。

铬铵矾电解法是以高碳铬铁作原料，电解得到金属铬。

铝热法和电解法制备金属铬存在着产品纯度不高；电流效率很低；环境污染严重等问题。

该试验采用低温熔盐体系电解制备高纯铬。

制备的金属铬纯度高。

电解无氢气析出，因此电流效率高，能耗低。

电解所需熔盐温度较低，工艺简单（见图1）。

1 试验部分
1.1 材料与试剂
试剂：三氯化铬；过氧化氢；硫酸铵；氯化钾；三氯化铝等均为分析纯。

材料：不锈钢板（作阴极）；石墨棒（作阳极）。

1.2 仪器
电解装置；反应容器；搅拌器；加热器；酸度计；过滤装置；分液漏斗等。

1.3 试验方法
1.3.1 净化三氯化铬
称取一定量的三氯化铬、硫酸铵置于容器中加水溶解。

加入30%过氧化氢将Fe2+全部氧化为Fe3+。

用（1+1）硫酸调节溶液pH=1.6～1.8。

将三氯化铬溶液至85℃～95℃，保温30 min。

溶液中Fe3+与NH
4
+、SO
4
2-、H
2
O生成黄铁矾沉淀。

过滤沉淀后将三氯化铬溶液蒸发制备三氯化铬晶体。

化学反应方程式：
(N H
4
)
2
S O
4
+3Fe
2
(S O
4
)
3
+12H
2
O=(N H
4
)
2
Fe
6
(S O
4
)
4
(O H
)
12
↓+6H
2
SO
4
1.3.2 制备无水三氯化铬
将三氯化铬晶体置于容器中，用氮气排除容器中的空气。

加热三氯化铬至650℃，通入四氯化碳蒸汽，保温30 min，得到无水三氯化铬。

1.3.3 制备无水KCl-AlCl
3
-CrCl
3
低温熔盐体系
按化学计量系数比为1∶2称取适量的KCl与AlCl
3
，混合加热融熔，再加入10 g无水三氯化铬，升温至150℃，保温1 h。

1.3.4 制备金属铬
将制备的无水K C l-A l C l
3
-C r C l
3
低温熔盐体系置于电解槽中，将恒温槽中的熔盐体系加热至150℃形成液体，利用触点温度计控制电解槽中温度为150℃。

控制电流密度
5～10A/d m2、槽电压为2.3V，熔盐体系中的C r Cl
3
在电解阴极（不锈钢）、电解阳极（石墨）发生电解反应，在阴极得到金属铬。

电极反应式：
阳极反应：6Cl--6e=3Cl
2
↑
阴极反应：2Cr3++6e=2Cr
总的反应：2CrCl
3
=2Cr+3Cl
2
↑
DOI：10.16660/ki.1674-098X.2015.29.129
低温熔盐法制备高纯铬
邸万山
（辽宁石化职业技术学应用化学系 辽宁锦州 121001）
摘 要：采用低温熔盐体系将三氯化铬电解制备高纯铬。

KCl与AlCl
3
化学计量系数比为1∶2，在65℃下真空干燥5 h后混合加热
融熔.加入10 g无水三氯化铬，升温至150℃。

将处理的无水KCl-AlCl
3-CrCl
3
低温熔盐体系置于电解槽中，控制电解槽中温度为
150℃，电流密度5～10 A/dm2，槽电压为2.3V。

在电解阴极得到金属铬。

制备的金属铬纯度99.6%，无氢气析出，电流效率高。

关键词：低温熔盐体系 高纯铬
中图分类号：TF111.522 文献标识码：A
文章编号：1674-098X(2015)10(b)-0129-02
图1 工艺流程
温度/℃
项目
130135140145150155160
阴极电流密度/(A/dm2)9.67
电解时间/(s)600
阴极电极板面积/(dm2)0.2
铬的摩尔质量/(g/mol)51.996
电解得到铬的质量/(g)0.12850.14230.15690.17100.18470.17970.1762
电流效率/(%)61.6768.2874.2882.0588.6286.2384.55
表1 电解温度对电流效率的影响
（下转131页)
=0j ej mj D D D +>
其中：j D 为总阻尼，ej D 为第j 个扭振模态频率下的电气
阻尼，m D 为第j 个扭振模态机械阻尼。

当机组模态总阻尼为正，则该模态分量振荡收敛，反之则发散。

以下基于P S C A D /E M T D C 电磁暂态仿真对鄂温克机组在各种典型的运行方式下次同步振荡各模态分量进行计算。

并采用基于时域仿真实现的复转矩系数法——测试信号法在次同步频率范围内计算发电机电气阻尼的频率特性,比较发电机轴系扭振自然频率处机械阻尼与电气阻尼的大小，分析其是否存在次同步振荡发散的风险。

（1）直流满载、伊冯双回F30+T15并列运行。

对典型直流满载、伊冯双回F30+T15并列运行工况下的次同步振荡进行计算。

采用基于时域仿真结果的测试信号法计算电气阻尼特性时，机组轴系采用刚体模型，机组电气部分采用完整的数学模型，电力系统采用电磁暂态模型，HVDC系统等含电力电子装置的模块采用考虑开关过程的模型。

基于测试信号法得到了鄂温克机组的电气阻尼曲线如图1所示。

由图可见，在次同步频段机组电气阻尼为正，总阻尼为正，因此在这种运行方式不存在次同步振荡发散的风险。

（2）直流孤岛运行。

对500 kV伊冯交流线路断开下的各运行工况的次同步振荡进行计算。

在直流孤岛运行方式中，基于测试信号法得到了鄂温克机组的电气阻尼曲线如图2所示。

由图可见，在次同步振荡频段机组电气阻尼为负，但是总阻尼为正，因此在这种运行方式不存在次同步振荡发散的风险。

2 结语
对鄂温克电厂在交直流并列、直流孤岛等各种运行方式下的次同步振荡特性进行了计算，结果表明鄂温克电厂机组次同步振荡不存在发散的风险，但在一些运行方式下存在弱阻尼的情况，存在发生次同步振荡的风险。

在典型电网侧大扰动故障作用下，鄂温克机组轴系会被激发出较大的扭振模态幅值，存在轴系疲劳损伤的风险。

参考文献
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2 结果与讨论
2.1 电解温度对电流效率的影响
其它电解条件不变，电流密度保持为9.67 A/d m 2，槽电压为2.3 V，电解时间为600s，阴极板面积为0.2d m 2，分别在温度为120、130、135、140、145、150、155、160℃下进行电解，得到不同温度下金属铬的电流效率。

所得数据见表1。

%
100m m 11××××==M
Q F
Z m 电流效率式中：
m 1为实际电解得到金属铬的质量，
g；m为理论计算得到金属铬的质量，g；Q为消耗的电量，C；Z为基本粒子荷数；M为金属铬的摩尔质量，g/m ol；F为法拉第常数，96500C/mol。

由表1的数据可以看出，随着熔盐电解液温度的升高，电流效率增加，当电解温度为150℃时，电流效率最大。

再升高温度电流效率又开始下降。

因此，确定熔盐温度为150℃。

2.2 电流密度对电流效率的影响
其它电解条件不变，保持温度为150℃。

槽电压为2.3V，电解时间为600 s，阴极电极板面积为0.2d m 2。

电流密度分别为4.62、5.63、6.76、7.26、8.32、9.65、10.25 A/d m 2下进行电解，得到不同电流密度下金属铬电精炼的电流效率。

由计算数据可以看出，随着阴极电流密度加大，金属铬电流效率也不断升高，在电流密度的增加电流效率增加。

当电流效率增加至9.67 A/d m 2时继续增大电流密度，
阴极电流效率反而下降。

因此，确定电流效率为9.67 A/dm 2。

3 结语
采用低温熔盐体系，控制体系温度为150℃，电流密度为9.67 A/dm 2，
在低温熔盐体系中电解三氯化铬能够制备高纯铬。

参考文献
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