高碳铬铁电解精炼制备纯净铬铁

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金属铬因具有硬度大、强度高以及耐蚀性强等特点而成为钢中不可或缺的重要元素之一。随着对钢的纯净度要求的不断提高,对作为合金添加剂的铬铁合金的纯净度要求也更加严格,开发能够替代金属铬的纯净铬铁,进行铁合金精炼新工艺的研发显得尤为重要。本论文提出以廉价高碳铬铁为阳极,在熔盐电解质中进行电解精炼的研究,以期达到在阴极获得纯净铬铁的目的。本论文首先测试了Cr2+在NaCl-KCl-CrCl2熔盐体系中的电化学行为,然后在NaCl-KCl体系中对廉价高碳铬铁(HCCrFe)进行电解精炼制备纯净铬铁,主要结论如下:(1)在710℃下NaCl-KCl-CrC l2熔盐体系中通过循环伏安、方波伏安及计时电位电化学测试手段研究了Cr2+在铂电极上的电化学行为,并在该体系下进行恒电位电解制备金属Cr的研究。结果表明:在710℃下NaCl-KCl-CrCl2熔盐体系中,Cr2+在Pt电极上的电化学还原过程是受扩散控制影响;通过循环伏安法及计时电位法测试所得到的扩散系数结果基本一致,分别为1.31×10-5cm2/s和1.15×10-5cm2/s;其还原过程为:Cr2++2e-=Cr,是一次性得2个电子的准可逆过程。恒电压电解阴极沉积物为金属Cr,证明在此体系中通过恒电位电解制备金属铬是可行的。(2)在上述电化学测试的基础上,以高碳铬铁为工作电极、W丝为对极,在710℃下NaCl-KCl熔盐体系中进行高碳铬铁恒电位(0.3V vs.Ag/AgC l)电解精炼的研究,可得到C含量为0.26wt%的纯净铬铁,其主要以单质形式存在,并没有与沉积金属形成金属碳化物,另外S、P元素含量分别为0.0017wt%和0.008wt%。电解后的阳极主要成分为C,同时存在由片状碳堆积而成的多孔状结构,在后续工作中电解后阳极同样具有很大的研究价值。(3)改变电解方式,采用恒流(100mA/150mA/175mA/200mA)电解研究了不同的电流密度对阴极产物成分及微观组织形貌的影响。采用XRD及SEM分析测试手段对不同电解条件下的阴极产物进行表征,结果表明不同的电流密度对阴极产物形貌几乎无影响,但产物的颗粒尺寸随着电流密度的增加而增大,同时,产物中氧化物含量明显减少。
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