一种制备混合价态（Cr(Ⅳ)和Cr(Ⅵ)）铬酸盐Ca制造技术

本发明专利技术提供了一种制备混合价态(Cr(Ⅳ)和Cr(Ⅵ))铬酸盐Ca

【技术实现步骤摘要】
一种制备混合价态(Cr(Ⅳ)和Cr(Ⅵ))铬酸盐Ca5Cr3O12的方法
本专利技术涉及铬盐制备领域，具体是一种制备混合价态(Cr(Ⅳ)和Cr(Ⅵ))铬酸盐Ca5Cr3O12的方法。
技术介绍
铬盐是我国化工产业的重要原料之一，其中以Cr(III)和Cr(Ⅵ)盐的应用最为广泛，Cr(III)盐广泛应用于皮革鞣制、陶瓷颜料、电镀等行业，Cr(Ⅵ)盐则广泛应用于电镀、各种铬盐生产、防腐剂制造等行业。随着对含铬材料研究的拓展，一些其他价态Cr盐(如Cr(IV)和Cr(V)盐)的性质逐步引起了研究者的注意，对其应用的相关研究也受到了青睐。但是介于Cr(III)和Cr(Ⅵ)之间价态的铬盐，其性质往往不够稳定，并且相较于Cr(III)和Cr(Ⅵ)盐的大量研究与文献记载，中间价态铬盐的研究资料少之又少，这导致其无法量产。目前已知的Ca5Cr3O12制备方法是将Cr2O3和CaO充分混合后在1300℃左右进行煅烧，利用Cr(III)在碱土金属作用下会发生高温氧化的特性生成该种铬盐。首先此种方法需要加入大量的CaO，成品中含有不少CaO杂质。并且由于采用的是高温氧化的方法，煅烧温度跨度大，在此过程中Cr(III)还会氧化成其他不同价态的铬盐，获得成分复杂的混合物产物，产物中除Ca5Cr3O12外还包含Cr5O12、Ca3(CrO4)2、Ca5(CrO4)3O0.5等多种铬盐，其中Ca5Cr3O12的含量在50％以下，收率较低。且产物中含的有些铬盐用去离子水和有机酸清洗去除效果并不理想，仍会有大量的残留，因此Ca5Cr3O12在纯度上无法满足要求。除此之外，鲜有文献和专利记载Ca5Cr3O12的制备方案。本专利技术中利用了CaCrO4与CaO的高温还原反应，反应所处的温度区间内生成的杂质较少，Ca5Cr3O12收率高，煅烧结束后产物中过量的CaO和一些微量杂质通过去离子水和有机酸洗涤去除，最终可获得高纯度的Ca5Cr3O12。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种制备纯度高、杂质含量少的Ca5Cr3O12的方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种制备混合价态(Cr(Ⅳ)和Cr(Ⅵ))铬酸盐Ca5Cr3O12的方法，包括如下步骤：步骤一、将CaO与CaCrO4两种原料进行搅拌混合，其中CaO在原料的质量百分比为30％-50％，混合好的原料使用球磨机进行混合处理，使两者充分混合均匀，球磨时间大约5-11小时。步骤二、原料混合均匀后，在氧气与氮气的混合气氛(混合气体中氧气分压为10kPa-15kPa)下进行3-6h的煅烧，煅烧温度需达到1300℃-1400℃。在10kPa-15kPa的氧气分压的混合气氛、1300～1400℃的煅烧温度的条件下可以避免其它铬盐杂质的生成，提高Ca5Cr3O12的收率，从而有利于后续提纯工作的进行，得到纯度较高的Ca5Cr3O12的产品。步骤三、煅烧结束后在氧气与氮气的混合气氛(氧气分压为10kPa-15kPa)冷却，冷却后的产物先用去离子水进行水洗，接着使用pH为5-6之间的稀醋酸(或者甲酸)进行洗涤，洗涤时将产物与有机酸充分搅拌混合，两者的固液质量比控制在1:15左右，搅拌结束后静置1-2小时，使其上下分层，用抽滤机进行分离后，保留滤渣。将滤渣按照上述流程再酸洗一次后，使用去离子水对滤渣进行水洗并过滤。步骤四、将步骤三获得的滤渣置于烘箱中在200-300℃下干燥5-8小时，以便去除多余的水分，干燥结束后可得到高纯度的Ca5Cr3O12产品。本专利技术的原理是利用CaCrO4与CaO在高温缺氧的环境的还原反应，使一部分的Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅳ)。为了驱动Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅳ)，采用低于空气中氧分压的氮气和氧气混合气体，混合气体中氧气分压为10kPa-15kPa。为了在煅烧过程中提供稳定的碱性环境并让原料混合物中的CaCrO4充分反应，原料中会添加较多的CaO，这使得高温煅烧后会有部分CaO残留，可以通过稀醋酸(或者甲酸)的洗涤去除其中的大部分残留CaO。通过去离子水的洗涤可以去除酸洗过程中生成的微量乙酸钙或者甲酸钙，进一步提纯生成的Ca5Cr3O12，经检测，制备的Ca5Cr3O12纯度可达80～97％，收率可达到90％左右。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术提供的制备混合价态(Cr(Ⅳ)和Cr(Ⅵ))铬酸盐Ca5Cr3O12的方法，反应所需的原料均可购买获得或在实验室中制取，反应流程便于控制。(2)本专利技术提供的制备混合价态(Cr(Ⅳ)和Cr(Ⅵ))铬酸盐Ca5Cr3O12的方法，原料在高温煅烧的温度区间内生成的杂质较少，制备的Ca5Cr3O12纯度较高。(3)相比传统的Cr2O3+CaO方法，本专利技术提出CaCrO4+CaO方法采用了特殊氧化性气氛，不一样的反应路径，得到的产物产出率较高，纯度可达到90％以上，收率可高达90％左右。附图说明图1为该专利技术制备混合价态(Cr(Ⅳ)和Cr(Ⅵ))铬酸盐Ca5Cr3O12的工艺流程图具体实施方式下面结合实例，对本专利技术作进一步描述，以下实施例旨在说明本专利技术而不是对本专利技术的进一步限定。实施例1将CaO与CaCrO4混合物用球磨机进行混合，原料中CaO的质量百分比为40％，CaCrO4的质量百分比为60％，将混合好的原料在氧气与氮气的混合气氛(氧气分压为10kPa)中用气氛箱式炉进行高温煅烧，煅烧温度为1300℃，煅烧时间为5h。煅烧后的产物在混合气氛中冷却，使用去离子水对产物进行水洗，接着用pH值为5的甲酸对冷却后的产物进行洗涤，酸与洗涤样品的固液比为1：15，静置1h待产物分层后，使用抽滤机进行分离，将滤渣按照上述流程再酸洗一次后，使用去离子水对滤渣进行水洗并过滤。将抽滤后得到的滤渣置于烘箱中干燥5h，干燥温度维持在200℃，得到的产物为纯度达到91％的Ca5Cr3O12产品，以原料CaCrO4为参照计算Ca5Cr3O12的目标产量，通过实际生成量计算Ca5Cr3O12收率为92％。实施例2将CaO与CaCrO4混合物用球磨机进行混合，其中CaO的质量百分比为30％，将混合好的原料在氧气与氮气的混合气氛(氧气分压为15kPa)中用气氛箱式炉进行高温煅烧，煅烧温度为1400℃，煅烧时间为6h。煅烧后的产物在混合气氛中冷却，使用去离子水对产物进行水洗，接着用pH值为6的甲酸对冷却后的产物进行洗涤，酸与洗涤样品的固液比为1：10，静置1h待产物分层后，使用抽滤机进行分离，将滤渣按照上述流程再酸洗一次后，使用去离子水对滤渣进行水洗并过滤。将抽滤后得到的滤渣置于烘箱中干燥5h，干燥温度维持在250℃，得到的产物为纯度达到89％的Ca5Cr3O12产品，Ca5Cr3O12收率为92％。实施例3将CaO与CaCrO4混合物用球磨机进行混合，其中CaO的质量百分比为50％，将混合好的原料在氧气与氮气的混合气氛(氧气分压为13kPa)中用气氛箱式炉进行高温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备混合价态(Cr(Ⅳ)和Cr(Ⅵ))铬酸盐Ca

【技术特征摘要】
1.一种制备混合价态(Cr(Ⅳ)和Cr(Ⅵ))铬酸盐Ca5Cr3O12的方法，包括如下步骤：
步骤一、将CaO与CaCrO4两种原料进行搅拌混合，混合好的原料再使用球磨机进行混合，使两者充分混合均匀；
步骤二、原料混合均匀后，在氧气与氮气的混合气氛下进行煅烧，煅烧温度需达到1300℃-1400℃；
步骤三、煅烧结束后得到的产物在混合气氛中冷却，冷却后的产物先用去离子水进行水洗，接着使用pH为5-6之间的酸进行洗涤，重复酸洗后再使用去离子水对滤渣进行水洗并过滤；
步骤四、将步骤三获得的滤渣置于烘箱中干燥，干燥结束后可得到高纯度的Ca5Cr3O12产品。


2.根据权利要求1所述的制备混合价态(Cr(Ⅳ)和Cr(Ⅵ))铬酸盐Ca5Cr3O12的方法，其特征在于：步骤一中使用的原料...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛林强，王嘉，胡林潮，张文艺，彭明国，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32