離子膜電解還原三價(jià)鉻制取鉻粉的研究.pdf

1、在離子膜反應(yīng)器中,以三價(jià)鉻氯化物體系為主鹽,對(duì)三價(jià)鉻電解的溶液組成、工藝參數(shù),三價(jià)鉻離子的配位反應(yīng),電化學(xué)還原機(jī)理和三價(jià)鉻電解法制備金屬鉻的市場(chǎng)前景和經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了研究。
　　電解試驗(yàn)結(jié)果表明,三價(jià)鉻的電化學(xué)還原效率直接受電解液穩(wěn)定性的影響。本文中提出了一種預(yù)電解方法,可以明顯增加電解液的穩(wěn)定性。利用單因素試驗(yàn)與正交試驗(yàn)確定三價(jià)鉻電解液組成,以羧酸鹽類物質(zhì)(配位劑-1)和酰胺類物質(zhì)(配位劑-2)組成雙組分配位劑。最佳電解液組成為:

2、Cr3+濃度25g/L,配位劑-1濃度20g/L,配位劑-2濃度30g/L,硼酸濃度65g/L。同時(shí),對(duì)電解液pH、電流密度、溫度、攪拌轉(zhuǎn)速等參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,并設(shè)計(jì)了長(zhǎng)時(shí)間電解試驗(yàn)以評(píng)估預(yù)電解處理的效果,最佳電解參數(shù)為:pH1.6,電流密度600A/m2,溫度45℃,無(wú)攪拌。試驗(yàn)結(jié)果表明,鉻粉層表面形貌受pH、電流密度、攪拌轉(zhuǎn)速的影響較大。隨電解液溫度的升高,陰極液內(nèi)傳質(zhì)速度加快,槽電壓降低。
　　測(cè)定了Cr(III)離子的pH滴

3、定曲線,得到不同濃度下Cr(III)的濃度解離常數(shù)pKc,以及298.15K下[Cr(H2O)6]3+的一級(jí)離解反應(yīng)速率常數(shù)。pH滴定曲線結(jié)果證明,配位劑-1由于含有共軛酸堿對(duì)RCOOH/RCOO-,既有配位作用又有緩沖作用,配位劑-2(RCONH2)具有一定的放出質(zhì)子能力,羰基鍵與Cr3+形成配位化合物[Cr(amide)n(H2O)6-n]3+。當(dāng)電解液pH為1.6時(shí),硼酸的緩沖能力微弱。
　　穩(wěn)態(tài)極化曲線測(cè)試結(jié)果表明,Cr3

4、+的還原可分為兩步。當(dāng)電極電位處于-0.95~-1.15V范圍內(nèi)時(shí),反應(yīng)活化能均高于60kJ/mol,證明了Cr3+的還原受電子轉(zhuǎn)移步驟控制。利用不同溫度下的穩(wěn)態(tài)極化曲線測(cè)試數(shù)據(jù),計(jì)算出了Cr3+/Cr陰、陽(yáng)極表觀傳遞系數(shù)和交換電流密度。
　　利用離子交換膜電化學(xué)反應(yīng)器作為電解裝置,消除了電解過(guò)程中六價(jià)鉻離子和有毒氣體(Cl2)的產(chǎn)生。
　　對(duì)目前鉻鐵礦、鉻鐵合金的國(guó)際市場(chǎng)情況進(jìn)行分析與展望,并結(jié)合相關(guān)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)對(duì)六價(jià)鉻電解法