一种含铬的缓蚀熔盐及其制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种含铬的缓蚀熔盐及其制备工艺。所述缓蚀熔盐为氟化物熔盐和/或氯化物熔盐，铬元素占所述缓蚀熔盐的质量比为100‑10000ppm，所述铬元素至少包括Cr2+，还包括Cr和/或Cr3+；本发明专利技术的制备工艺通过还原剂种类的选择，在精确调节熔盐体系中铬元素的价态的同时避免了因现有固体、液体还原剂在熔盐中残留以致影响产品物理化学特性的问题，从而最大程度确保了产品的性能，获得了对金属材料腐蚀性较低的缓蚀熔盐。本发明专利技术不必改动传统设备，具有简单可行、易于操作、计量可控、效果显著等优点，且生产成本远远低于现有同类含铬缓蚀熔盐，具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种含铬的缓蚀熔盐及其制备工艺。
技术介绍
氟化物和氯化物熔盐是一类新型高温传蓄热介质，在高温制氢、核反应堆、太阳能热发电、核燃料后处理和燃料电池等领域，均有广阔的应用前景；然而它们在高温下使用时对金属材料具有较强的腐蚀性，因而限制了其应用的推广。本领域技术人员经研究后发现，通过向氟化物或氯化物熔盐中加入高纯度含二价铬的氟化物或氯化物，可以有效降低氟化物或氯化物熔盐对金属材料的腐蚀性；其中，起主要作用的是二价铬离子，但二价铬容易被氧化，在自然界不能稳定存在，因而它的氟化物或氯化物价格高昂，添加少量即会对熔盐总体生产成本产生大幅影响。因此，尽管该方法能够解决氟化物和氯化物熔盐对金属腐蚀性的技术难题，同时带来的经济成本难题却又限制了该方法的推广应用。与二价铬不同，零价铬和三价铬在自然界均可稳定存在，价格相对便宜，但三价铬对金属材料也具有腐蚀性。根据化学热力学原理，在一定的氧化剂或还原剂存在的条件下，采用零价或三价的铬元素的氟化物或氯化物能够在高温熔盐中原位合成二价铬，而使用还原性足够强的试剂和/或增大还原剂的量可以使得该反应的平衡向生成二价铬的方向推移。但是，还原性不够强的试剂本身对金属材料也有腐蚀性，因而选择还原性适度的还原剂很重要；还原剂的量过大，亦会带来成本等问题。此外，在熔盐生产过程中，若还原剂分离困难则会残留在熔盐中，从而影响熔盐的粘度、熔点等物理性质，可能带来新的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的是现有技术中通过添加铬的二价化合物以降低氟化物熔盐和/或氯化物熔盐在高温下对金属材料腐蚀性时生产成本较高的问题，而提供了一种低成本的含铬的缓蚀熔盐及其制备工艺。本专利技术通过以下技术方案解决上述技术问题：本专利技术提供了一种含铬的缓蚀熔盐，所述缓蚀熔盐为氟化物熔盐和/或氯化物熔盐，铬元素占所述缓蚀熔盐的质量比为100～10000ppm，所述铬元素至少包括Cr2+，还包括Cr和/或Cr3+。本领域均知，铬元素在氟化物熔盐和/或氯化物熔盐中的溶解度很低，因此在制备含铬熔盐时，加料量过高会造成浪费，并且影响产品的物理化学性质，加料量过低又达不到抑制腐蚀的效果；专利技术人在开发含铬缓蚀熔盐的过程中经长时间的研究和实验才确定了最适宜的铬元素含量和组成。本专利技术中，所述铬元素为本领域内常规，所述Cr2+占所述缓蚀熔盐的质量比较佳地为50～10000ppm，所述Cr占所述缓蚀熔盐的质量比较佳地为0～1000ppm，所述Cr3+占所述缓蚀熔盐的质量比较佳地为0～500ppm，所述Cr占所述缓蚀熔盐的质量比和所述Cr3+占所述缓蚀熔盐的质量比不同时为0。本专利技术中，所述氟化物熔盐为本领域内常规，较佳地为碱金属氟化物、碱土金属氟化物、ZrF4和NaBF4中的一种或多种熔融形成的熔盐体系；所述碱金属氟化物较佳地为LiF、NaF和KF中的一种或多种，所述碱土金属氟化物较佳地为MgF2、BaF2、CaF2和BeF2中的一种或多种。本专利技术中，所述氯化物熔盐为本领域内常规，较佳地为碱金属氯化物和碱土金属氯化物中的一种或多种熔融形成的熔盐体系；所述碱金属氯化物较佳地为LiCl、NaCl和KCl中的一种或多种，所述碱土金属氯化物较佳地为MgCl2、BaCl2、CaCl2和BeCl2中的一种或多种。本专利技术还提供了一种如上所述的含铬的缓蚀熔盐的制备工艺，其包括如下步骤：(1)提供一基体熔盐体系；(2)提供至少两种原料，所述原料选自三价铬化合物、铬单质和反应气；(3)将所述原料加入所述基体熔盐体系并加热至熔融状态下反应，即得缓蚀熔盐；其中，所述基体熔盐体系为氟化物熔盐和/或氯化物熔盐；所述三价铬化合物的用量占所述基体熔盐体系的质量比为0～10000ppm，所述铬单质的用量占所述基体熔盐体系的质量比为0～10000ppm；所述反应气包括氢气。本专利技术中，所述三价铬化合物为本领域内常规，较佳地为CrF3和/或CrCl3；为保持熔盐的纯净，当所述基体熔盐体系为氟化物熔盐时，所述三价铬化合物更佳地为CrF3；当所述基体熔盐体系为氯化物熔盐时，所述三价铬化合物更佳地为CrCl3；所述CrF3较佳地为纯度不低于95％的CrF3，所述CrCl3较佳地为纯度不低于95％的CrCl3。本专利技术中，所述三价铬化合物的用量占所述基体熔盐体系的质量比较佳地为500-2500ppm。本专利技术中，所述铬单质为本领域内常规，较佳地为纯度不低于95％的铬，更佳地为纯度不低于99％的铬；本专利技术中，所述铬单质的用量占所述基体熔盐体系的质量比较佳地为500-3000ppm。本专利技术中，所述反应气较佳地还包括卤化氢，所述反应气中所述卤化氢与所述氢气之间的体积比不大于1；当所述基体熔盐体系为氟化物熔盐时，所述卤化氢较佳地为氟化氢；当所述基体熔盐体系为氯化物熔盐时，所述卤化氢较佳地为氯化氢；所述氢气较佳地为纯度不低于99.999％的高纯氢气；其中，所述氯化氢和所述氟化氢均为本领域内常规，用于将熔盐体系中过量沉淀的铬单质氧化生成Cr2+，起到辅助调节H2还原性的作用，防止缓蚀熔盐产品中析出黑色铬沉淀，影响产品的应用性能。本专利技术中，当所述原料仅包括所述三价铬化合物和所述铬单质时，所述三价铬化合物与所述铬单质的用量比较佳地不大于2。本专利技术中，所述原料较佳地还包括二价铬化合物；所述二价铬化合物为本领域内常规，较佳地为CrF2和/或CrCl2；为保持熔盐的纯净，当所述基体熔盐体系为氟化物熔盐时，所述二价铬化合物更佳地为CrF2；当所述基体熔盐体系为氯化物熔盐时，所述二价铬化合物更佳地为CrCl2；其中，所述二价铬化合物的用量占所述基体熔盐体系的质量比较佳地为0～10000ppm，更佳地为100～5000ppm。本专利技术中，步骤(3)较佳地在混合条件下进行；所述混合为本领域内常规操作，一般情况下，三价铬化合物和/或铬单质加入前，基体熔盐、三价铬化合物和/或铬单质通常为疏松或致密的块状，此时采用对流或剪切等固体混合领域内常用的混合方式予以混合；三价铬化合物和/或铬单质加入且加热熔融后，温度在熔点以上的熔盐变为液态，此时采用液体混合领域常用的混合方式，如惰性气体鼓泡等，以强化混合，促进扩散。本专利技术中，步骤(3)较佳地在惰性气体保护下进行，所述惰性气体一般通过多次抽真空后置换交替的方式通入所述基体熔盐体系；所述惰性气体为本领域内常规，一般是指不与本专利技术的缓蚀熔盐进行反应的气体，较佳地为氮气和/或氩气，更佳地为纯度不低于99.999％的氩气。本专利技术中，步骤(3)中，所述反应的温度较佳地为500～850℃，更佳地为600～700℃。本专利技术中，步骤(3)中，所述反应的压力较佳地为1～2bar，更佳地为1bar。本专利技术中，步骤(3)中，所述反应的时间较佳地为2～100h，更佳地为10～50h。本专利技术中，步骤(3)中，当所述原料包括所述反应气时，所述反应气的流速较佳地为0.02～0.5L/(min·kg基体熔盐)，更佳地为0.1～0.4L/(min·kg基体熔盐)；其中，所述流速的计量单位L/(min·kg基体熔盐)指的是每分钟时间内每kg质量的基体熔盐所通过的反应气的平均体积数。本专利技术中，步骤(3)中，当所述原料包括所述反应气时，所述反应气较佳地以惰性气体为载气通入所述基体熔盐体系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含铬的缓蚀熔盐，其特征在于，所述缓蚀熔盐为氟化物熔盐和/或氯化物熔盐，铬元素占所述缓蚀熔盐的质量比为100‑10000ppm，所述铬元素至少包括Cr2+，还包括Cr和/或Cr3+。

【技术特征摘要】
1.一种含铬的缓蚀熔盐，其特征在于，所述缓蚀熔盐为氟化物熔盐和/或氯化物熔盐，铬元素占所述缓蚀熔盐的质量比为100-10000ppm，所述铬元素至少包括Cr2+，还包括Cr和/或Cr3+。2.如权利要求1所述的含铬的缓蚀熔盐，其特征在于，所述Cr2+占所述缓蚀熔盐的质量比为50-10000ppm，所述Cr占所述缓蚀熔盐的质量比为0-1000ppm，所述Cr3+占所述缓蚀熔盐的质量比为0-500ppm，所述Cr占所述缓蚀熔盐的质量比和所述Cr3+占所述缓蚀熔盐的质量比不同时为0。3.如权利要求1所述的含铬的缓蚀熔盐，其特征在于，所述氟化物熔盐为碱金属氟化物、碱土金属氟化物、ZrF4和NaBF4中的一种或多种熔融形成的熔盐体系；所述碱金属氟化物较佳地为LiF、NaF和KF中的一种或多种，所述碱土金属氟化物较佳地为MgF2、BaF2、CaF2和BeF2中的一种或多种。4.如权利要求1所述的含铬的缓蚀熔盐，其特征在于，所述氯化物熔盐为碱金属氯化物和碱土金属氯化物中的一种或多种熔融形成的熔盐体系；所述碱金属氯化物较佳地为LiCl、NaCl和KCl中的一种或多种，所述碱土金属氯化物较佳地为MgCl2、BaCl2、CaCl2和BeCl2中的一种或多种。5.一种如权利要求1-4任一项所述的含铬的缓蚀熔盐的制备工艺，其特征在于，其包括如下步骤：(1)提供一基体熔盐体系；(2)提供至少两种原料，所述原料选自三价铬化合物、铬单质和反应气；(3)将所述原料加入所述基体熔盐体系并加热至熔融状态下反应，即得缓蚀熔盐；其中，所述基体熔盐体系为氟化物熔盐和/或氯化物熔盐；所述三价铬化合物的用量占所述基体熔盐体系的质量比为0～10000ppm，所述铬单质的用量占所述基体熔盐体系的质量比为0～10000ppm；所述反应气包括氢气。6.如权利要求5所述的制备工艺，其特征在于，所述三价铬化合物为CrF3和/或CrCl3，所述Cr...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵素芳，汪洋，孙华，张鹏，谢雷东，姚思德，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31