» » Получение чистого хрома
22.09.2015

Обычный хром, полученный алюминотермическим путем или электролизом водных растворов его солей, обладает высокой твердостью и значительной хрупкостью. Хром с низким содержанием кислорода, азота, углерода и других примесей пластичен и может быть получен дополнительной очисткой технического металла водородом, дистилляцией или йодидным рафинированием. Возможно также электролитическое рафинирование хрома в расплавленных солях.
Очистка от примесей обработкой водородом
При обработке электролитического хрома, содержащего азот, серу и кислород, газообразным водородом при 1500° С возможно снизить содержание этих (кроме H2) примесей и тем самым несколько повысить пластичность металла. При этой температуре сера удаляется из хрома в виде H2S, кислород — в виде окислов хрома и очень медленно теряется азот, находящийся в хроме в виде нитрида (CrN).
Проведенные исследования показали, что обработкой хрома водородом можно получить металл, который содержит примерно 0,002% N2, 0,003% O2 и 0,005% H2 и обладает заметной пластичностью при 500° С, но хрупок при комнатной температуре.
Вакуумная дистилляция с конденсацией на нагретой поверхности
Вакуумная дистилляция хрома с конденсацией его на холодной поверхности не дает заметного эффекта очистки. Если же регулировать температуру нагрева поверхности конденсатора и осуществлять процесс в глубоком вакууме, очистка хрома от примесей становится более эффективной. Так, при остаточном давлении 10в-5 мм рт. ст., температуре 1200—1500° С и конденсировании в конденсаторе, который имеет зоны нагрева от 950 до 1200° С, выделяются фракции дистиллированного хрома с чистотой, приведенной в табл. 29.
Чем более глубок вакуум, тем более мягким получается дистиллированный хром, как это можно видеть из нижеследующих данных:
Получение чистого хрома

Чистый хром, дистиллированный в указанных условиях в вакууме, обладает заметной пластичностью, но в свежеполученном состоянии. Однако, если такой металл в течение 2—3 суток находится на воздухе, его пластичность ощутимо снижается. Последнее объясняется тем, что в таком хроме повышается в 1,5—2 раза количество адсорбируемых им газов (O2, N2 и H2).
Йодидное рафинирование
Йодидный метод позволяет успешно очищать хром от многих неметаллических и металлических примесей. Таким путем может быть получен хром, вполне пригодный для обработки холодной прокаткой и ковкой. Листы йодидного хрома противостоят изгибу на 180° С при комнатной температуре. Деформированный йодидный хром при комнатной температуре имеет удлинение около 40%.
Процесс йодидного рафинирования хрома протекает по обычной схеме:
Получение чистого хрома

Температура колбы должна поддерживаться в интервале 800—850° С, а нить — иметь температуру 1100—1150° С; остаточное давление не более 1*10в-4 мм рт. ст.
Ввиду высокой температуры колбы для ее изготовления не пригодно даже жароупорное стекло. Она должна быть изготовлена из кварца, а для того чтобы избежать впаивания металлических выводов в кварц, целесообразно нагревать нить генератором высокой частоты, как это показано на рис. 66.
Получение чистого хрома

Исходный электролитический хром в виде «чешуек» загружают в колбу в количестве 200—250 г. Для проведения процесса в колбу вводят 5—6 г кристаллического йода. Средний диаметр кристаллического прутка йодидного хрома 5—6 мм, длина 125—135 см и масса 120—140 г. Продолжительность наращивания такого прутка 15—20 ч. Остаток исходного хрома после проведения процесса рафинирования содержит повышенное количество примесей азота, кислорода и водорода.
В процессе йодидного рафинирования хром очищается от вредных примесей, оказывающих решающее влияние на хрупкость металла.
В табл. 30 приведено содержание примесей азота, кислорода, водорода и углерода в электролитическом (обезгаженном) и йодидном хроме.
Как следует из данных таблицы, очистка от кислорода в процессе однократного йодидного рафинирования достигается примерно в 30, а очистка от азота и водорода — приблизительно в 10 раз.
В табл. 31 приведены данные анализа на металлические примеси электролитического и йодидного хрома, из которых следует, что при йодидном рафинировании хром значительно очищается от кремния, титана, меди и железа и не очищается от алюминия, свинца, висмута и кадмия. Примеси марганца, никеля, ванадия, молибдена, вольфрама, мышьяка, сурьмы и бора в йодидном хроме не обнаружены.
Получение чистого хрома
Получение чистого хрома

В отличие от циркония, титана и гафния хром в процессе йодидного рафинирования не осаждается на нити в виде компактного прутка, а разрастается в виде отдельных кристаллов, прорастающих друг в друга. Размеры отдельных кристаллов достигают 4—5 мм. При нормальных условиях ведения процесса кристаллы имеют форму правильных октаэдров и призм; при нарушении вакуума вырастают дендриты и отдельные сталактитообразные и клинообразные монокристаллы. В начале процесса на нити образуются обычно мелкие кристаллы, а сверх них вырастают более крупные.
Электролитическое рафинирование хрома
С целью очистки от примесей черновой (алюминотермический) хром может быть подвергнут электролитическому рафинированию в расплавленных солях. Электролитом служит расплав KCl+NaCl, содержащий 5% (мол.) CrCl3 (напряжение разложения CrCl3 при 750° С составляет 1,48 в). Процесс ведут при плотности тока 0,5 а/см2, получая плотный осадок. Выход по току около 70%. В катодном металле значительно понижено содержание азота и других примесей.