Природата на хрома
Хромът, символ на елемента Cr, атомен номер 24, относителна атомна маса 51.996, принадлежи към преходния метал от група VIB на периодичната таблица на химичните елементи. Хромът е обемно-центриран кубичен кристал, сребристо-бял, плътност 7.1g/cm³, точка на топене 1860℃, точка на кипене 2680℃, специфичен топлинен капацитет при 25℃ 23.35J/(mol·K), топлина на изпарение 342.1kJ/mol, топлопроводимост 91.3 W/(m·K) (0-100°C), съпротивление (20°C) 13.2uΩ·cm, с добри механични свойства.
Хромът има пет валентни степени: +2, +3, +4, +5 и +6. При условия на ендогенно действие, хромът обикновено е с +3 валентна степен. Съединенията с +тривалентен хром са най-стабилни. +Шествалентните хромови съединения, включително хромовите соли, имат силни окислителни свойства. Йонните радиуси на Cr3+, Al3+ и Fe3+ са сходни, така че те могат да имат широк спектър от прилики. Освен това, елементите, които могат да бъдат заместени с хром, са манган, магнезий, никел, кобалт, цинк и др., така че хромът е широко разпространен в магнезиево-железни силикатни минерали и аксесоарни минерали.
Приложение
Хромът е един от най-широко използваните метали в съвременната промишленост. Използва се главно в производството на неръждаема стомана и различни легирани стомани под формата на феросплави (като ферохром). Хромът има характеристиките на твърдост, износоустойчивост, топлоустойчивост и устойчивост на корозия. Хромната руда се използва широко в металургията, огнеупорните материали, химическата промишленост и леярството.
В металургичната промишленост хромовата руда се използва главно за топене на ферохром и метален хром. Хромът се използва като добавка към стоманата за производството на различни високоякостни, устойчиви на корозия, износоустойчиви, устойчиви на висока температура и окисляване специални стомани, като неръждаема стомана, киселинноустойчива стомана, топлоустойчива стомана, стомана за сачмени лагери, пружинна стомана, инструментална стомана и др. Хромът може да подобри механичните свойства и износоустойчивостта на стоманата. Металният хром се използва главно за топене на специални сплави с кобалт, никел, волфрам и други елементи. Хромирането и хромирането могат да направят стоманата, медта, алуминия и други метали да образуват устойчива на корозия повърхност, която е ярка и красива.
В огнеупорната промишленост хромовата руда е важен огнеупорен материал, използван за производството на хромови тухли, хромомагнезиеви тухли, усъвършенствани огнеупорни материали и други специални огнеупорни материали (хромбетон). Огнеупорните материали на основата на хром включват главно тухли с хромова руда и магнезиев оксид, синтерован магнезиево-хромов клинкер, разтопени магнезиево-хромови тухли, разтопени, фино смлени и след това свързани магнезиево-хромови тухли. Те се използват широко в мартенови пещи, индукционни пещи и др. В металургичната конверторна и ротационна пещ в циментовата промишленост и др.
В леярната промишленост хромовата руда не взаимодейства с други елементи в разтопената стомана по време на процеса на изливане, има нисък коефициент на термично разширение, устойчива е на проникване на метал и има по-добри охлаждащи свойства от циркона. Хромовата руда за леярство има строги изисквания относно химичния състав и разпределението на размера на частиците.
В химическата промишленост най-директното приложение на хрома е за получаване на разтвор на натриев дихромат (Na2Cr2O7·H2O) и след това за приготвяне на други хромови съединения за употреба в индустрии като пигменти, текстил, галванопластика и производство на кожа, както и катализатори.
Фино смляният прах от хромова руда е естествен оцветител в производството на стъкло, керамика и остъклени плочки. Когато натриевият дихромат се използва за разрушаване на кожа, протеинът (колагенът) и въглехидратите в оригиналната кожа реагират с химични вещества, за да образуват стабилен комплекс, който става основата на кожените изделия. В текстилната промишленост натриевият дихромат се използва като байц при боядисване на тъкани, който може ефективно да свързва молекулите на багрилото с органични съединения; може да се използва и като окислител при производството на багрила и междинни продукти.
Хромен минерал
В природата са открити над 50 вида минерали, съдържащи хром, но повечето от тях имат ниско съдържание на хром и разпръснато разпространение, което има ниска промишлена стойност. Тези минерали, съдържащи хром, принадлежат към оксиди, хромати и силикати, както и няколко хидроксида, йодати, нитриди и сулфиди. Сред тях, минералите от хромов нитрид и хромов сулфид се срещат само в метеорити.
Като минерален вид в подсемейството на хромовите руди, хромитът е единственият важен индустриален минерал на хрома. Теоретичната химична формула е (MgFe)Cr2O4, в която съдържанието на Cr2O3 е 68%, а FeO е 32%. В химичния му състав тривалентният катион е предимно Cr3+, като често има изоморфни замествания Al3+, Fe3+ и Mg2+, Fe2+. В действително произведения хромит, част от Fe2+ често е заместена с Mg2+, а Cr3+ е заместен с Al3+ и Fe3+ в различна степен. Пълната степен на изоморфно заместване между различните компоненти на хромита не е последователна. Четириредните координационни катиони са главно магнезий и желязо, а пълното изоморфно заместване е между магнезий-желязо. Според метода на четириделно разделяне, хромитът може да бъде разделен на четири подгрупи: магнезиев хромит, желязо-магнезиев хромит, мафично-железен хромит и желязо-хромит. Освен това, хромитът често съдържа малко количество манган, хомогенна смес от титан, ванадий и цинк. Структурата на хромита е от нормален шпинелен тип.
4. Стандарт за качество на хромовия концентрат
Според различните методи на обработка (минерализация и естествена руда), хромовата руда за металургията се разделя на два вида: концентрат (G) и бучки руда (K). Вижте таблицата по-долу.
Изисквания за качество на хромитната руда за металургията
Технология за обогатяване на хромова руда
1) Преизбиране
В момента гравитационното разделяне заема важно място в обогатяването на хромова руда. Методът на гравитационно разделяне, който използва рохкаво наслояване във водна среда като основно поведение, все още е основният метод за обогатяване на хромова руда в световен мащаб. Оборудването за гравитационно разделяне е спирален улей и центробежен концентратор, а диапазонът на размера на обработваните частици е сравнително широк. Обикновено разликата в плътността между хромовите минерали и пустите минерали е по-голяма от 0,8 g/cm3 и гравитационното разделяне на всеки размер на частиците по-голям от 100 μm може да бъде задоволително. Резултатът е, че едрите буци (100 ~ 0,5 mm) руда се сортират или предварително селектират чрез обогатяване в тежка среда, което е много икономичен метод за обогатяване.
2) Магнитно разделяне
Магнитното разделяне е метод за обогатяване, който осъществява разделяне на минерали в неравномерно магнитно поле, базирано на магнитната разлика на минералите в рудата. Хромитът има слаби магнитни свойства и може да бъде разделен чрез вертикални пръстеновидни магнитни сепаратори с висок градиент, магнитни сепаратори с мокра плоча и друго оборудване. Коефициентите на специфична магнитна възприемчивост на хромовите минерали, произвеждани в различни райони за добив на хромова руда по света, не се различават много и са подобни на коефициентите на специфична магнитна възприемчивост на волфрамита и волфрамита, произвеждани в различни региони.
Съществуват два случая при използването на магнитно разделяне за получаване на висококачествен хромов концентрат: единият е да се отстранят силните магнитни минерали (главно магнетит) в рудата под слабо магнитно поле, за да се увеличи съотношението на ферохрома, а другият е да се използва силно магнитно поле. Разделяне на пустите минерали и извличане на хромова руда (слабо магнитни минерали).
3) Електрически избор
Електрическото разделяне е метод за разделяне на хромова руда и силикатни пустоплотни минерали чрез използване на електрическите свойства на минералите, като например разлики в проводимостта и диелектричната константа.
4) Флотация
В процеса на гравитационно разделяне, финозърнестата (-100μm) хромитна руда често се изхвърля като хвост, но хромитът с този размер все още има висока използваема стойност, така че методът на флотация може да се използва за извличане на нискокачествена финозърнеста хромитна руда. Флотация на хромова руда с 20% ~40% Cr2O3 в хвоста и серпентин, оливин, рутил и калциево-магнезиев карбонат като пуста минерали. Рудата се смила фино до 200μm, водно стъкло, фосфат, метафосфат, флуоросиликат и др. се използват за диспергиране и инхибиране на утайката, а ненаситените мастни киселини се използват като събирател. Диспергирането и потискането на пустата утайка е много важно за процеса на флотация. Метални йони като желязо и олово могат да активират хромита. Когато pH стойността на суспензията е под 6, хромитът трудно ще се изплъзне. Накратко, консумацията на флотационен реагент е голяма, качеството на концентрата е нестабилно, а степента на извличане е ниска. Ca2+ и Mg2+, разтворени от пустите минерали, намаляват селективността на флотационния процес.
5) Химическо обогатяване
Химичният метод е директна обработка на определени хромитови руди, които не могат да бъдат отделени чрез физически методи или цената на физическия метод е сравнително висока. Съотношението Cr/Fe в концентрата, получен по химичен метод, е по-високо от това на обикновения физически метод. Химичните методи включват: селективно излугване, окислително-редукционно отделяне, разделяне чрез топене, излугване със сярна киселина и хромова киселина, редукционно-сярно-киселинно излугване и др. Комбинацията от физико-химични методи и директното третиране на хромова руда чрез химични методи е една от основните тенденции в обогатяването на хромит днес. Химичните методи могат директно да извлекат хром от рудата и да произведат хромов карбид и хромов оксид.
Време на публикуване: 30 април 2021 г.