Природа хрому
Хром, символ елемента Cr, атомний номер 24, відносна атомна маса 51,996, належить до перехідного металу VIB групи періодичної таблиці хімічних елементів. Металевий хром — це об'ємно-центрований кубічний кристал, сріблясто-білого кольору, густина 7,1 г/см³, температура плавлення 1860 ℃, температура кипіння 2680 ℃, питома теплоємність при 25 ℃ 23,35 Дж/(моль·К), теплота пароутворення 342,1 кДж/моль, теплопровідність 91,3 Вт/(м·К) (0-100°C), питомий опір (20°C) 13,2 мкОм·см, з добрими механічними властивостями.
Хром має п'ять валентностей: +2, +3, +4, +5 та +6. За умов ендогенної дії хром зазвичай має валентність +3. Сполуки з +тривалентним хромом є найбільш стабільними. +Шестивалентні сполуки хрому, включаючи солі хрому, мають сильні окислювальні властивості. Іонні радіуси Cr3+, Al3+ та Fe3+ схожі, тому вони можуть мати широкий спектр подібностей. Крім того, елементи, які можна замінити хромом, - це марганець, магній, нікель, кобальт, цинк тощо, тому хром широко поширений у магнієво-залізних силікатних мінералах та акцесорних мінералах.
Застосування
Хром є одним із найпоширеніших металів у сучасній промисловості. Він використовується переважно у виробництві нержавіючої сталі та різних легованих сталей у вигляді феросплавів (таких як ферохром). Хром має тверді, зносостійкі, жаростійкі та корозійностійкі характеристики. Хромова руда широко використовується в металургії, вогнетривких матеріалах, хімічній промисловості та ливарному виробництві.
У металургійній промисловості хромова руда в основному використовується для виплавки ферохрому та металевого хрому. Хром використовується як добавка до сталі для виробництва різноманітних високоміцних, корозійностійких, зносостійких, високотемпературних та окислювальностійких спеціальних сталей, таких як нержавіюча сталь, кислотостійка сталь, жароміцна сталь, сталь для підшипників, пружинна сталь, інструментальна сталь тощо. Хром може покращити механічні властивості та зносостійкість сталі. Металевий хром в основному використовується для виплавки спеціальних сплавів з кобальтом, нікелем, вольфрамом та іншими елементами. Хромування та хромування можуть зробити сталь, мідь, алюміній та інші метали стійкими до корозії, які є яскравими та красивими.
У вогнетривкій промисловості хромова руда є важливим вогнетривким матеріалом, що використовується для виготовлення хромової цегли, хромомагнезіальної цегли, вдосконалених вогнетривів та інших спеціальних вогнетривких матеріалів (хромобетон). Вогнетриви на основі хрому включають переважно цеглу з хромовою рудою та магнезією, спечений магнезіально-хромовий клінкер, розплавлену магнезіально-хромову цеглу, розплавлену, тонко подрібнену, а потім зв'язану магнезіально-хромову цеглу. Вони широко використовуються у мартенівських печах, індукційних печах тощо. Футеровка металургійних конвертерів та обертових печей цементної промисловості тощо.
У ливарному виробництві хромова руда не взаємодіє з іншими елементами в розплавленій сталі під час процесу заливання, має низький коефіцієнт теплового розширення, стійка до проникнення металу та має кращі охолоджувальні властивості, ніж циркон. Хромова руда для ливарного виробництва має суворі вимоги щодо хімічного складу та розподілу розмірів частинок.
У хімічній промисловості найпрямішим використанням хрому є отримання розчину дихромату натрію (Na2Cr2O7·H2O), а потім приготування інших сполук хрому для використання в таких галузях, як пігменти, текстиль, гальваніка та шкіряне виробництво, а також каталізатори.
Дрібно подрібнений порошок хромової руди є натуральним барвником у виробництві скла, кераміки та глазурованої плитки. Коли дихромат натрію використовується для руйнування шкіри, білок (колаген) та вуглеводи у вихідній шкірі реагують з хімічними речовинами, утворюючи стабільний комплекс, який стає основою шкіряних виробів. У текстильній промисловості дихромат натрію використовується як протрава при фарбуванні тканин, яка може ефективно приєднувати молекули барвника до органічних сполук; його також можна використовувати як окислювач у виробництві барвників та проміжних продуктів.
Хромовий мінерал
У природі виявлено понад 50 видів хромовмісних мінералів, але більшість із них мають низький вміст хрому та розсіяне поширення, що має низьку промислову цінність. Ці хромовмісні мінерали належать до оксидів, хроматів та силікатів, а також до кількох гідроксидів, йодатів, нітридів та сульфідів. Серед них мінерали нітриду хрому та сульфіду хрому зустрічаються лише в метеоритах.
Як мінеральний вид у підродині хромових руд, хроміт є єдиним важливим промисловим мінералом хрому. Теоретична хімічна формула - (MgFe)Cr2O4, де вміст Cr2O3 становить 68%, а FeO - 32%. У його хімічному складі тривалентний катіон переважно Cr3+, і часто присутні ізоморфні заміщення Al3+, Fe3+ та Mg2+, Fe2+. У фактично виробленому хроміті частина Fe2+ часто заміщена на Mg2+, а Cr3+ заміщений на Al3+ та Fe3+ у різному ступені. Повний ступінь ізоморфного заміщення між різними компонентами хроміту не є послідовним. Катіони чотирипорядкової координації - це переважно магній та залізо, а повне ізоморфне заміщення між магнієм-залізом. Згідно з методом чотириразового поділу, хроміт можна розділити на чотири підгрупи: магнієвий хроміт, залізомагнієвий хроміт, мафічний-залізний хроміт та залізомоліт. Крім того, хроміт часто містить невелику кількість марганцю, що утворює однорідну суміш титану, ванадію та цинку. Структура хроміту має звичайний шпінельний тип.
4. Стандарт якості хромового концентрату
Залежно від різних методів обробки (мінералізація та природна руда), хромові руди для металургії поділяються на два типи: концентрат (Г) та кускова руда (К). Див. таблицю нижче.
Вимоги до якості хромітової руди для металургії
Технологія збагачення хромової руди
1) Переобрання
Наразі гравітаційне розділення займає важливе місце у збагаченні хромової руди. Метод гравітаційного розділення, який використовує пухке нашарування у водному середовищі як основний процес, все ще є основним методом збагачення хромової руди в усьому світі. Обладнання для гравітаційного розділення являє собою спіральний жолоб та відцентровий концентратор, а діапазон розмірів частинок обробки є відносно широким. Як правило, різниця в щільності між хромовими мінералами та пустою породою перевищує 0,8 г/см3, і гравітаційне розділення будь-яких частинок розміром більше 100 мкм може бути задовільним. Результатом є сортування або попередня селекція грубої руди (100 ~ 0,5 мм) шляхом збагачення у важкому середовищі, що є дуже економічним методом збагачення.
2) Магнітна сепарація
Магнітна сепарація – це метод збагачення, який здійснює розділення мінералів у неоднорідному магнітному полі на основі різниці магнітних напружень мінералів у руді. Хроміт має слабкі магнітні властивості та може бути розділений за допомогою вертикальних кільцевих високоградієнтних магнітних сепараторів, магнітних сепараторів з мокрою пластиною та іншого обладнання. Коефіцієнти питомої магнітної сприйнятливості хромових мінералів, що видобуваються в різних регіонах світу з видобутку хромової руди, не сильно відрізняються та подібні до коефіцієнтів питомої магнітної сприйнятливості вольфраміту та вольфраміту, що видобувається в різних регіонах.
Існує два випадки використання магнітної сепарації для отримання високоякісного хромового концентрату: один полягає у видаленні сильних магнітних мінералів (головним чином магнетиту) з руди під дією слабкого магнітного поля для збільшення співвідношення ферохрому, а інший – у використанні сильного магнітного поля. Розділення пустої породи та вилучення хромової руди (слабкомагнітних мінералів).
3) Вибір електричної системи
Електричне розділення — це метод розділення хромової руди та силікатних мінералів пустої породи за допомогою електричних властивостей мінералів, таких як різниця в провідності та діелектричній проникності.
4) Флотація
У процесі гравітаційного розділення дрібнозерниста (-100 мкм) хромітова руда часто викидається у хвости, але хроміт такого розміру все ще має високу корисну цінність, тому метод флотації може бути використаний для вилучення низькосортної дрібнозернистої хромітової руди. Флотація хромової руди з 20% ~40% Cr2O3 у хвостах та серпентином, олівіном, рутилом та карбонатом кальцію магнію як пустою породою. Руда тонко подрібнюється до 200 мкм, для диспергування та пригнічення шламу використовуються рідке скло, фосфат, метафосфат, фторсилікат тощо, а ненасичені жирні кислоти - як колектор. Диспергування та придушення пустої породи дуже важливі для процесу флотації. Іони металів, такі як залізо та свинець, можуть активувати хроміт. Коли значення pH шламу нижче 6, хроміт майже не флотує. Коротше кажучи, витрата флотаційного реагенту велика, якість концентрату нестабільна, а коефіцієнт вилучення низький. Ca2+ та Mg2+, розчинені з мінералів пустої породи, знижують селективність процесу флотації.
5) Хімічне збагачення
Хімічний метод полягає у безпосередній обробці певних хромітових руд, які неможливо розділити фізичними методами, або вартість фізичного методу є відносно високою. Співвідношення Cr/Fe у концентраті, отриманому хімічним методом, вище, ніж у звичайному фізичному методі. Хімічні методи включають: селективне вилуговування, окислювально-відновне розділення, плавлення, вилуговування сірчаною та хромовою кислотами, відновне та сірчанокислотне вилуговування тощо. Поєднання фізико-хімічних методів та пряма обробка хромової руди хімічними методами є однією з основних тенденцій у збагаченні хромітів сьогодні. Хімічні методи дозволяють безпосередньо витягувати хром з руди та отримувати карбід хрому та оксид хрому.
Час публікації: 30 квітня 2021 р.