Природа хрома
Хром, символ элемента Cr, атомный номер 24, относительная атомная масса 51,996, относится к переходным металлам группы VIB периодической таблицы химических элементов. Металлический хром имеет объемно-центрированную кубическую кристаллическую структуру, серебристо-белый цвет, плотность 7,1 г/см³, температуру плавления 1860℃, температуру кипения 2680℃, удельную теплоемкость при 25℃ 23,35 Дж/(моль·К), теплоту испарения 342,1 кДж/моль, теплопроводность 91,3 Вт/(м·К) (0-100°C), удельное сопротивление (20°C) 13,2 мкОм·см, обладает хорошими механическими свойствами.
Хром имеет пять валентностей: +2, +3, +4, +5 и +6. В условиях эндогенного воздействия хром обычно имеет +3 валентность. Соединения с +трехвалентным хромом являются наиболее стабильными. Соединения с +шестивалентным хромом, включая соли хрома, обладают сильными окислительными свойствами. Ионные радиусы Cr³⁺, Al³⁺ и Fe³⁺ схожи, поэтому они могут иметь широкий спектр сходств. Кроме того, элементами, которые могут замещать хром, являются марганец, магний, никель, кобальт, цинк и др., поэтому хром широко распространен в магниево-железо-силикатных минералах и акцессорных минералах.
Приложение
Хром — один из наиболее широко используемых металлов в современной промышленности. Он применяется в основном в производстве нержавеющей стали и различных легированных сталей в виде ферросплавов (например, феррохрома). Хром обладает такими свойствами, как твердость, износостойкость, жаростойкость и коррозионная стойкость. Хромовая руда широко используется в металлургии, производстве огнеупорных материалов, химической промышленности и литейном производстве.
В металлургической промышленности хромовая руда в основном используется для выплавки феррохрома и металлического хрома. Хром используется в качестве добавки к стали для производства различных высокопрочных, коррозионностойких, износостойких, высокотемпературных и окислительностойких специальных сталей, таких как нержавеющая сталь, кислотостойкая сталь, жаростойкая сталь, подшипниковая сталь, пружинная сталь, инструментальная сталь и т. д. Хром может улучшить механические свойства и износостойкость стали. Металлический хром в основном используется для выплавки специальных сплавов с кобальтом, никелем, вольфрамом и другими элементами. Хромирование позволяет получить на стали, меди, алюминии и других металлах коррозионностойкую, яркую и красивую поверхность.
В огнеупорной промышленности хромовая руда является важным огнеупорным материалом, используемым для производства хромовых кирпичей, хромомагнезийных кирпичей, современных огнеупоров и других специальных огнеупорных материалов (хромобетона). К огнеупорам на основе хрома относятся, главным образом, кирпичи из хромовой руды и магнезии, спеченный магнезиально-хромовый клинкер, расплавленные магнезиально-хромовые кирпичи, расплавленные, мелкоизмельченные и затем связанные магнезиально-хромовые кирпичи. Они широко используются в мартеновских печах, индукционных печах и т. д., в футеровке металлургических конвертеров и вращающихся печей цементной промышленности и т. д.
В литейной промышленности хромовая руда не вступает во взаимодействие с другими элементами расплавленной стали в процессе разливки, имеет низкий коэффициент теплового расширения, устойчива к проникновению металла и обладает лучшими охлаждающими свойствами, чем циркон. К хромовой руде для литейного производства предъявляются строгие требования к химическому составу и гранулометрическому составу.
В химической промышленности наиболее прямое применение хрома заключается в производстве раствора дихромата натрия (Na2Cr2O7·H2O), а затем в получении других соединений хрома для использования в таких отраслях, как производство пигментов, текстиля, гальваническое покрытие и кожевенное производство, а также в качестве катализаторов.
Мелкодисперсный порошок хромовой руды является натуральным красителем при производстве стекла, керамики и глазурованной плитки. При обработке кожи дихроматом натрия белок (коллаген) и углеводы в исходной коже реагируют с химическими веществами, образуя стабильный комплекс, который становится основой кожаных изделий. В текстильной промышленности дихромат натрия используется в качестве протравы при окрашивании тканей, эффективно связывая молекулы красителя с органическими соединениями; он также может использоваться в качестве окислителя при производстве красителей и промежуточных продуктов.
Минерал хрома
В природе обнаружено более 50 видов хромосодержащих минералов, но большинство из них имеют низкое содержание хрома и рассеянное распространение, что делает их малопригодными для промышленного применения. К хромосодержащим минералам относятся оксиды, хроматы и силикаты, а также встречаются гидроксиды, йодаты, нитриды и сульфиды. Среди них нитриды и сульфиды хрома встречаются только в метеоритах.
Хромит, как минерал из подсемейства хромовых руд, является единственным важным промышленным минералом хрома. Теоретическая химическая формула — (MgFe)Cr2O4, в которой содержание Cr2O3 составляет 68%, а FeO — 32%. В его химическом составе трехвалентный катион в основном представлен Cr3+, и часто встречаются изоморфные замещения Al3+, Fe3+ и Mg2+, Fe2+. В реально производимом хромите часть Fe2+ часто замещается на Mg2+, а Cr3+ замещается на Al3+ и Fe3+ в различной степени. Полная степень изоморфного замещения между различными компонентами хромита непостоянна. Четырехпорядковые координационные катионы в основном представлены магнием и железом, и наблюдается полное изоморфное замещение между магнием и железом. Согласно четырехкомпонентному методу, хромит можно разделить на четыре подгруппы: магниевый хромит, железо-магниевый хромит, мафический железохромит и железохромит. Кроме того, хромит часто содержит небольшое количество марганца, однородную смесь титана, ванадия и цинка. Структура хромита относится к типу нормальной шпинели.
4. Стандарт качества хромового концентрата
В зависимости от методов переработки (минерализация и природная руда) хромовая руда для металлургии делится на два типа: концентрат (G) и кусковая руда (K). См. таблицу ниже.
Требования к качеству хромитовой руды для металлургии.
технология обогащения хромовой руды
1) Переизбрание
В настоящее время гравитационное разделение занимает важное место в обогащении хромовой руды. Метод гравитационного разделения, основанный на рыхлом расслоении в водной среде, по-прежнему является основным методом обогащения хромовой руды во всем мире. Оборудование для гравитационного разделения включает спиральный желоб и центробежный концентратор, а диапазон размеров частиц, подлежащих обработке, достаточно широк. Как правило, разница в плотности между хромовыми минералами и пустой породой превышает 0,8 г/см³, и гравитационное разделение частиц любого размера более 100 мкм может дать удовлетворительный результат. Крупные куски руды (100–0,5 мм) сортируются или предварительно отбираются методом обогащения в тяжелых средах, что является очень экономичным методом обогащения.
2) Магнитная сепарация
Магнитная сепарация — это метод обогащения, осуществляющий разделение минералов в неоднородном магнитном поле на основе магнитной разницы минералов в руде. Хромит обладает слабыми магнитными свойствами и может быть разделен с помощью вертикальных кольцевых магнитных сепараторов с высоким градиентом магнитного поля, магнитных сепараторов с мокрой пластиной и другого оборудования. Удельные коэффициенты магнитной восприимчивости хромовых минералов, добываемых в различных регионах мира, не сильно различаются и близки к удельным коэффициентам магнитной восприимчивости вольфрамита и вольфрамита, добываемого в разных регионах.
Существует два подхода к использованию магнитной сепарации для получения высококачественного хромового концентрата: первый — удаление сильномагнитных минералов (в основном магнетита) из руды под действием слабого магнитного поля для увеличения содержания феррохрома, а второй — использование сильного магнитного поля для отделения пустой породы и извлечения хромовой руды (слабомагнитных минералов).
3) Электрический выбор
Электрическая сепарация — это метод разделения хромовой руды и силикатной пустой породы с использованием электрических свойств минералов, таких как различия в проводимости и диэлектрической постоянной.
4) Флотация
В процессе гравитационной сепарации мелкозернистая (-100 мкм) хромитовая руда часто отбрасывается в качестве отходов, но хромит такого размера все еще обладает высокой ценностью для использования, поэтому для извлечения низкосортной мелкозернистой хромитовой руды можно использовать флотационный метод. Флотация хромовой руды с содержанием 20–40% Cr2O3 в отходах и серпентином, оливином, рутилом и минералами карбоната кальция и магния в качестве пустой породы. Руда измельчается до размера частиц 200 мкм, для диспергирования и подавления осадка используются жидкое стекло, фосфаты, метафосфаты, фторсиликаты и др., а в качестве собирателя — ненасыщенные жирные кислоты. Дисперсия и подавление осадка пустой породы очень важны для процесса флотации. Ионы металлов, таких как железо и свинец, могут активировать хромит. Когда значение pH суспензии ниже 6, хромит практически не всплывает. Вкратце, расход флотационных реагентов велик, качество концентрата нестабильно, а степень извлечения низкая. Ионы Ca2+ и Mg2+, растворенные из пустой породы, снижают селективность флотационного процесса.
5) Химическое обогащение
Химический метод — это прямая обработка некоторых хромитовых руд, которые невозможно отделить физическим методом или которые обходятся относительно дорого. Соотношение Cr/Fe в концентрате, полученном химическим методом, выше, чем при обычном физическом методе. К химическим методам относятся: селективное выщелачивание, окислительно-восстановительная обработка, плавильная сепарация, выщелачивание серной и хромовой кислотами, восстановление и выщелачивание серной кислотой и др. Сочетание физико-химических методов и прямая обработка хромовой руды химическими методами являются одним из основных направлений обогащения хромита сегодня. Химические методы позволяют напрямую извлекать хром из руды и получать карбид хрома и оксид хрома.
Дата публикации: 30 апреля 2021 г.