ما امروز در مجله ماناماین قصد داریم در رابطه با کرومیت سخن بگوییم و کاربرد آن را نیز شرح دهیم. به همین دلیل به شما پیشنهاد میکنیم اگر قصد دارید به طور کامل
با کرومیت آشنا شوید، تا انتهای مطالب این صفحه همراه ما باشید و لینک این مطلب را نیز برای دوستان خود ارسال کنید.
کرومیت چیست؟
عنصر کروم (Chromium) با نماد شیمیایی Cr و عدد اتمی ۲۴ در دوره چهارم جدول تناوبی قرار گرفته است. این عنصر فلزی سخت، براق و به رنگ خاکستری بوده
و از جلاپذیری و نقطه جوش بالا بهره میبرد. همچنین کروم مانند فلزهای دیگر چکش خوار نیست و شکننده میباشد. بیشترین ارزش این فلز به دلیل مقاومت آن در برابر
زنگزدگی، فرسایش و تیرگی است. از کاربرد این عنصر میتوان به اضافه نمودن آن به فولاد برای جلوگیری از فرسایش و تیرگی و القای سختی، چقرمگی (توانایی
یک ماده در جذب انرژی و تغییر شکل خمیری) و مقاومت شیمیایی اشاره نمود.
از مهم ترین کانیهای کروم در طبیعت میتوان به کروکوئیت ، استیکتیت ، یوواروویت و کرومیت به انگلیسی (Chromite) اشاره کرد. مهمترین کانی معدنی که کروم از
آن به دست میآید کرومیت است. کرومیت در واقع اکسید کروم منیزیم آهن [(Fe,Mg)Cr2O4] میباشد. در جدول زیر میتوانید مهمترین خواص فیزیکی کرومیت را ببینید.
خواص شیمیایی کرومیت:
کروم (Chromium) یک فلز سخت، شکننده و به رنگ سفید نقرهای است که در سال 1798 میلادی به وسیله واکلین (V.L.Vauquelin) کشف شد. کروم به همراه
مولیبدن و تنگستن در گروه ششم واسطه جدول تناوبی عناصر قرار میگیرد.
عنصر کروم بهصورت آزاد در طبیعت یافت نمیشود. مهمترین ماده معدنی حاوی کروم در طبیعت کرومیت به فرمول FeO.Cr2O3 است. از کروم چهار نوع ایزوتوپ طبیعی بهصورت
50Cr، 52Cr، 53Cr، 54Cr وجود دارد. جالب است بدانید که کروم در حالت خالص و در دمای اتاق، عنصری نرم است، و میل ترکیبی شدیدی با اکسیژن، کربن،
نیتروژن و غیره دارد، بنابراین تهیه کروم خالص بسیار مشکل است.
آبکاری با کرومیت به جسم درخشندگی و رنگ نقرآبی میدهد. میزان قدرت بازتاب در جسم آبکاری شده با کروم 77 درصد نقره میباشد! رسانایی الکتریکی عنصر
کروم 2/22 درصد مس است.
از مهمترین خواص کرومیت میتوان به موارد زیر اشاره کرد.
کروم یا کرومیوم فلزی سخت و براق است.
این فلز به رنگ خاکستری و دارای نقطه جوش بالا و مقاومت بسیار زیاد در برابر زنگزدگی و تیرگی است.
عنصر کروم در طبیعت دارای ۴ ایزوتروپ) ۵۰) Cr (۵۲Cr(53) Cr(و Cr(54) میباشد، که ایزوتوپ Cr(52) از همه فراوانتر میباشد.
این فلز دارای دو ظرفیت ۳ و ۶ بوده که ۳+Cr دارای پایداری بیشتری است و در طبیعت نیز فلز کروم تقریباً همیشه با این ظرفیت ظاهر میشود.
ایزوتوپ 6+Cr تنها در محیطهای قلیائی قوی( PH بالا) موجود است، شعاع یونی آن ۶۴/۰ انگستروم بوده و مشابه آهن سه ظرفیتی (۶۷/۰ انگستروم)، و انادیم (۶۵/۰ انگستروم) و آلومینیوم (۵۷/۰ انگستروم) میباشد.
کروم به دلیل میل شدید به عناصر دو ظرفیتی مانند Fe ،Mg ،Ni ،Co و … به صورت اکسید مضاعف با این فلزات یافت میشود.
این ماده نوعی کانی بهصورت دانهای شکل است که کانههای تجاری آن حاوی ۶۸-۳۵ درصد اکسید کروم هستند.
رنگ آن از قهوهای تا سیاه با جلای فلزی متغیر است و وزن مخصوص آن ۶/۴ گرم بر سانتیمتر مکعب میباشد.
نقطه ذوب این ماده ۲۱۳۰ درجه سیلسیوس است. مرغوبیت کانی بر مبنای درصد خلوص سنجیده میشود.
کروم از قدرت چکشخواری، نورد و غیره ندارد، اما اگر آن را از وجود عناصری مانند اکسیژن، هیدروژن، کربن و نیتروژن خالص کنیم، تا اندازهای نرم میشود و میتوان آن را چکشخواری و یا نورد کرد. کروم با سایر عناصر سه گروه ترکیب برقرار میکند که میتوان آنها را در اکسیدهای کروم بهصورت نمونه و به شرح زیر ملاحظه کرد:
کروم دارای ظرفیت 2، CrO، اکسید کرومو یا کروم (II)
کروم دارای ظرفیت 3، Cr2O3، اکسید کرومو یا کروم (III)
کروم دارای ظرفیت 6، CrO3، اکسید کرومیک یا کروم (VI)
فلز کروم با اسید کلریدریک و یا کلر واکنش برقرار کرده و کلریدها را تشکیل میدهد. این فلز در اسید سولفوریک محلول است، اما در اسید نیتریک حل نمیشود، همچنین کروم با نیتروژن تشکیل دو نوع نیترید به فرمول Cr2N و CrN میدهند. کروم و کربن نیز تشکیل سه نوع کربید شناخته شده به فرمول Cr23C6 و Cr7C3 و Cr3C2 میدهند.
سایر ویژگیهای کرومیت
جلای این کانی نیمه فلزی است و در برخی نمونههای این کانی، عناصری مثل روی، وانادیوم دیده شده و حتی مشاهدات حاصله وجود عناصری مثل منگنز و تیتانیوم را نیز در کرومیت تایید کردند. از این موارد که بگذریم سایر ویژگیها و مشخصات کانی شناسی این ماده، به شرح ذیل میباشد:
جدول مشخصات کانی کرومیت
ویژگیهای فیزیکی کرومیت
Physical Properties of Chromite
دسته بندی شیمیایی
oxide
اکسید
رنگ
خاکستری تیره تا سیاه، سیاه مایل به قهوه ای
Dark gray to black, rarely brownish black
رگه
قهوه ای تیره
Dark brown
درخشش
متالیک
تا نیمه متالیک
Metallic to submetallic
شفافیت
کدر
Opaque
ورق شدگی
ندارد
سختی Mohs
5.5 تا 6
چگالی
4.0 تا 5.1 (variable)
فرمول شیمیایی
FeCr2O4with magnesium substituting for iron in significant amounts
سیسم کریستالی
ایزومتریک
روشهای فرآوری و استخراج کرومیت
کرومیت معمولاً با روشهای زیر استخراج میشود:
استخراج روباز: این روش متداولترین روش استخراج کرومیت است. در این روش، لایههای بالایی زمین برداشته میشوند تا به سنگ معدن کرومیت دسترسی پیدا شود.
استخراج زیرزمینی: این روش در خصوص ذخایر اقتصادی که در عمق قرار دارند استفاده میشود. در این روش، حفرههایی در زمین حفر میشود تا سنگ معدن کرومیت استخراج شود.
پس از استخراج، سنگ معدن کرومیت باید فرآوری شود تا کروم خالص از آن جدا شود. فرآیند فرآوری و کنسانتره کرومیت معمولاً شامل مراحل زیر است:
خرد کردن: سنگ معدن کرومیت خرد میشود تا اندازه آن کاهش یابد.
جداسازی مغناطیسی: کرومیت از سایر مواد معدنی با استفاده از خاصیت مغناطیسی آن جدا میشود. امروزه با استفاده از جداکننده مغناطیسی گرادیان بالای اسلون میتوان به 90 درصد بازیابی در فرآوری کروم رسید.
فرآیند فلوتاسیون: کرومیت از طریق فرآیند فلوتاسیون از سایر مواد معدنی جدا میشود.
تولید کنسانتره کرومیت: کنسانتره کرومیت محصول نهایی فرآیند فرآوری کرومیت است. کنسانتره کرومیت حاوی 40 تا 60 درصد کروم است.
در برخی معادن با عیارهای پایین کروم میتوان پیش از عملیات خردایش با عملیات سنگجوری سنگهای پرعیار که معمولاً با رنگ قابل تشخیص هستند جدا شوند. اما باید توجه داشت به دلیل تجربی بودن این روش دقت و راندمان چندان بالایی ندارد.
بازیافت کرومیت
كروم را از قراضههاي نو و كهنه مواد ضدزنگ و سوپر آلياژها بازيافت و در صنعت توليد فولاد ضدزنگ مورد استفاده مجدد قرار ميگيرد. قراضههاي فولادضدزنگ، كالايي با تجارت جهاني است كه قيمت توافقي دارد. هرچند كرومهاي شيميايي كمتر بازيافت ميشوند ولي قوانين كه آزاد سازي كروم را محدود ميكنند يا سبب عدم استفاده از كروم شده و يا بازيافت آنرا تشويق ميكنند. به سبب هزينههاي بالاي دفع نسوزها، بازيافت كروم از آنها بطور فزايندهاي روبه افزايش است. در طي استفاده كروم در نسوزها از شكل سه ظرفيتي به شش ظرفيتي تغيير يافته لذا آجرهاي كروميتي به عنوانمواد دفعي خطرناك طبقهبندي شدهاند. کشور آمریکا یکی از کشورهایی هست که بیشترین تولید کروم را از بازیافتها دارد و به منابع کروم خود دست نمیزند.
بهطور كلي بازيافت سبب كاربري ماده بازيافتي در صنايع پايینتر مانند گرانول، ساينده، مصالح ساختماني و غیره ميشود.
زمین شناسی ذخایر کرومیت
این کانی بیشتر در سنگ های الترامافیک دیده میشود که در ایران حجم بیشتر این کانی در افیولیت ها دیده میشود. در این توده های الترامافیک سنگ هایی شامل سرپانتنیت، گابرو، پیروکسنیت، پریدوتیت و دونیت دیده میشوند. این سنگ ها کانی هایی نظیر الیوین، پیروکسن، آمفیبول ها و فلدسپات ها را دارا می باشند. ترکیب کرومیت بستگی به سنگ های اطراف و تا حد زیادی درجه ذوب بخشی و واکنش گدازه با سنگ دارد. هرچه میزان الیوین در سنگ های اطراف بیشتر باشد درصد Cr2O3 بیشتر خواهد شد. کرومیت کانی معمول پریدوتیت های گوشته ای و پوسته ی اقیانوسی است. کانسار های کرومیت از نظر اقتصادی اهمیت بسیاری دارند و به 3 دسته کلی تقسیم میشوند:
1. کرومیت های نوع آلپی (افیولیتی)
افیولیت ها به مجموعه ای از سنگ های مافیک و الترامافیک گفته میشود که به صورت دگرگون شه و چین خورده دیده میشوند. اکثر زمین شناسان معتقد اند این مجموعه های سنگی معرف پوسته های اقیانوسی هستند که در اثر شکستگی های پوسته اقیانوسی و روراندگی آنها به سطح زمین رسیده و در حاشیه قاره ها و جزایر قوسی شکل میگیرند. این نوع کانسنگ کرومیت در شرایط زیردریایی و در مناطق تحت کشش تشکیل شده اند. اولین اکتشافات این نوع کمپلکس در سال 1800 در آمریکا انجام شد. این کانسار تا دهه 1850 تمامی کرومیت جهان را تامین نموده است. به دلیل این کانسار ها دیگر در چرخه تولید قرار ندارند.
2. کرومیت های لایه ای (بوشولد)
از نمونه های بیشتر دیده شده کرومیت نوع لایه ای آن است که از نظر اقتصادی نیز ارزش بیشتری دارد. کانسار های لایه ای یا چینه سان شامل توده های عظیمی از سنگ آذرین است که در یک اتاق ماگمایی بسیار آهسته سرد شده اند. طی این سرد شدگی که ماگما دمای بالایی دارد کرومیت و کانی های همراه آن متبلور میشود. سپس با ته نشین شدن بلور های تشکیل شده یک کانسار لایه ای بوجود می آید. از نمونه های این نوع کرومیت کپلکس بوشولد در آفریقای جنوبی و کمپلکس استیل واتر آمریکا است. کمپلکس بوشولد که نام این نوع کرومیت ها نیز از آن گرفته شده است یکی از معروفترین نمونه های سنگ های آذرین لایه ای است.
3. کرومیتهای ماسه ای
این کرومیت ها در ماسه های ساحلی، در اثر هوازدگی سنگ های پریدوتیتی و خاک ها لاتریتی روی پریدوتیت ها ایجاد میشوند. دو عامل باعث میشود که این کانسار ها غنی از کرومیت شوند 1. کرومیت یکی از مقاوم ترین کانی های پریدوتیت ها در برابر هوازدگی هستند که باعث میشود در بالای سنگ های پریدوتیتی تجمع یابند. 2. کرومیت وزن مخصوص بالاتری نسبت به کانی های دیگر موجود در پریدوتیت ها دارد و این باعث میشود این کانی به وسیله جریانات آب و امواج حمل شوند و در مناطقی مانند رودخانه ها و سواحل متمرکز میشوند. این کانسار ها گاهی به اندازه کافی غنی و گسترده هستند که بتوان از آنها برای استحصال و معدنکاری کرومیت استفاده کرد. یکی از نمونه های این نوع کانسار در کشور در استان قم و دریاچه نمک موجود در این استان است که به تازگی کشف شده است.
معادن کرومیت ایران و جهان
باتوجه به اینکه کرومیت برای تولید فولاد، فولاد ضدزنگ، سربارههای سنگ آهن، کورههای آهن، تولید آلومینیوم، تولید کاتالیستها و رنگهای مختلف بهکار میرود، میزان ذخایر آن حائز اهمیت بوده و ارزش اقتصادی بالایی دارد. در این باره باید بگوییم جنوب آفریقا بیشترین میزان کرومیت را در جهان تولید میکند و بعد از آن قزاقستان دومین تولیدکننده کرومیت در جهان است. ذخایر قطعي کرومیت قزاقستان 230 میلیون تن و آفریقای جنوبي 200 میلیون تن برآورد شده است و این دو کشور در مجموع بیش از 75 درصداز ذخایر کرومیت جهان را در بر ميگیرند حدود 10 میلیون تن ذخیره قطعي کرومیت در ایران تخمین زده شده است.
هند نیز به عنوان سومین تولیدکننده کرومیت در جهان شناخته میشود و بیشترین میزان تولید در این کشور، مربوط به ایالت اوریسا است. بعد از این سه کشور، ترکیه، زیمبابوه، روسیه، فنلاند، آلبانی، کوبا، برزیل، کنیا و ماداگاسکار نیز به عنوان تولیدکنندگان کرومیت در جهان شناخته میشوند و بر اساس اطلاعات گردآوری شده میزان ذخایر این ماده در جهان بالا بوده و تا 100 سال آینده پاسخگوی نیاز صنایع خواهد بود.
سهم استان های کشور از میزان ذخیره کرومیت
از مهمترین معادن کرومیت ایران (بر اساس تولید، تناژ، و عیا ر) میتوان به موارد زیر اشاره کرد.
شکل 1 : نمایی از معدن کرومیت فاریاب
کاربرد کرومیت در صنایع مختلف
70درصد کرومیت به صورت فروکروم در تولید فولاد ضدزنگ استفاده میشود. هیچ جانشینی برای کرومیت در تولید فروکروم که در صنایع فولاد سازی مورد استفاده قرار میگیرد وجود ندارد. کروم و کرومیت موارد استفاده زیادی دارند که هم بصورت مستقیم و هم به صورت غیر مستقیم در صنعت مدرن مورد استفاده قرار میگیرند. موارد اصلی مصرف کروم در سه بخش کلی 1. متالوژی 2. صنایع شیمیایی 3. دیرگدازها، تقسیم میشوند.
متالوژی
کروم عنصری مقاوم در برابر خوردگی، اکسیداسیون، گرما و خراشیدگی است به همین دلیل یکی از مهم ترین استفاده های این عنصر در صنایع آبکاری و متالوژی است. بنابراین فولادها و آلیاژهایی که از کروم تهیه میشوند سختی و مقاومت فشاری بالایی دارند. کرومیتهایی که در صنایع متالوژی مورد استفاده قرار میگیرند، باید حاوی Cr/Fe بالای 3 و سیلیس کمتر از 5 باشند. هنگامی که کروم با آهن و نیکل مورد استفاده قرار گیرد آلیاژی به نام نیکروم ایجاد میشود که به دلیل مقاومت در برابر دمای زیاد در ساخت واحدهای حرارتی و کورهها مورد استفاده قرار میگیرد. پوشش نازکی از این عنصر را جهت آبکاری روی بخشهای مختلف خودروها و لوازم خانگی استفاده میکنند. حدود 50 درصد کرومیتهایی که استخراج میشوند در این صنعت مورد استفاده قرار میگیرند.
علاوهبر این موارد باید بگوییم کرومیت در تولید سرامیکهای با مقاومت بالا، از جمله سرامیکهای سوپرآلیاژ، سرامیکهای کامپوزیتی و سرامیکهای ضدسایش نیز مورد استفاده قرار میگیرد و نقش مفیدی نیز در تولید مواد شیمیایی خاصی مانند اسید کرومیک، اکسید کرومیک و کربنات کرومیک دارد. همچنین از کرومیت در تولید آلومینیوم نیز استفاده میشود و به عنوان یک پوشش دهنده برای سطوح فلزی نیز به کار میآید.
سایر کاربردهای کرومیت شامل موارد زیر میباشند:
برای مقاوم کردن در مقابل پوسیدگی
به عنوان یک جزء در آلیاژها، برای مثال جزء اصلی فولاد ضد زنگ
آب کاری با کروم
در آلومینیوم آنادایز
به عنوان یک کاتالیزور در کارهای مختلف
از کانی آن یعنی کرومیت در ساخت قالب های پخت آجر استفاده می شود.
نمکهای کروم باعث سبز شدن رنگ شیشه میشوند و در صنایع شیشه سازی و زیباتر کردن آن نقش دارند.
در کروماتها و اکسیدهای در رنگ مو و رنگهای معمولی به کار میرود.
جهت دوپ کردن در پوشش کربن شبه الماس (DLC).
شیمیایی
مهمترین مشتقات شیمیایی کروم شامل :1. اسید کرومیک 2. کرومات سدیم 3. بیکرومات سدیم 4. کرومات پتاسیم 5. بیکرومات پتاسیم 6. کروموزال 7. سولفات کروم بازیک است. در این صنعت کرومیت هایی که نسبت Cr/Fe آنها بیش از 2.2 بوده و مقدار سیلیس کمتر از 8 باشد مورد استفاده قرار میگیرند. این عنصر به عنوان رنگ دانه در رنگها استفاده میشود به عنوان مثال رنگ های زردی که در خط کشی های بزرگراه ها و وسایل نقلیه عمومی مورد استفاده قرار میگرد حاوی رنگدانه های کروم است. کروم یک رنگدانه با اهمیت در بسیاری از رنگ ها، رنگ مو ها، لوازم آرایشی و جوهر ها می باشد. حدود 15 درصد از کرومیت های دنیا در این صنعت مورد استفاده قرار میگیرند.
دیرگدازها
کرومیت در صنعت دیرگدازها بیشتر در آجر های نسوز و و مواد نسوز صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد. کرومیت هایی که در آجرهای نسور مورد استفاده قرار میگیرد از نوع ریفراکتوری است. در آجر های نسور هرچه میزان Al2O3 + Cr2O3 بیشتر باشد آجر نسوز ما مرغوبیت بیشتری خواهد داشت. از کرومیت برای تولید محصولات نسوز بی شکل مانند انواع جرم ها استفاده میشود.
انواع آجر های نسوز:1. نسوزهای کرومیتی 2. نسوزهای منیزیا کرومیتی (MC) با 5 تا 15 درصد کرومیت 3. نسوز های کرومیت منیزیایی (CM) با 15 تا 30 درصد کرومیت.
اطلاعاتی دربارهی کاربرد کرومیت جهت تولید آجرها و مواد نسوز صنعتی
کرومیت به عنوان یکی از مهمترین مواد اولیه در تولید آجرهای نسوز و مواد نسوز صنعتی استفاده میشود. این عنصر به دلیل ویژگیهایی که دارد، از جمله مقاومت بالا در برابر حرارت و خوردگی، و عدم تاثیر پذیری از اسیدها و بازها، به عنوان یکی از مواد اولیه در تولید آجرهای نسوز و مواد نسوز صنعتی به کار میرود.
در تولید آجرهای نسوز، کرومیت به دلیل مقاومت بالای خود در برابر حرارت، به مواد ریفرکتوری (refractory) که در مواردی مانند پخت ذغال سنگ، پخت کورههای فولادی، تولید سیمان و گچ و... مورد استفاده قرار میگیرند، اضافه میشود. همچنین، کرومیت به عنوان یکی از اصلیترین عناصر مورد استفاده در تولید مواد نسوز صنعتی، مانند سرامیکهای پرکربنات و شیشههای نسوز، به کار میرود.
علاوهبر آجرهای نسوز و مواد نسوز صنعتی، کرومیت در تولید سایر مواد نسوز مانند آلومینایتها، سیلیکاتها، زیرکونیتها و تیتاناتها نیز مورد استفاده قرار میگیرد. این مواد به دلیل خصوصیات مکانیکی، حرارتی و شیمیایی بالا، در برابر شرایط سخت صنعتی که شامل حرارت، فشار، خوردگی و احتمالی انفجار است، مقاومت بسیار بالایی دارند.
از این موارد که بگذریم باید بدانید از کرومیت در تولید محصولات مختلفی مانند فیبر نسوز، فریتهای نسوز، آلیاژهای نسوز، پوششهای نسوز و... نیز استفاده میشود و به طور کلی، کرومیت به عنوان یکی از مواد اولیه اساسی در صنعتهایی مانند صنایع فولاد، سیمان، شیشه، سرامیک، پتروشیمی و... به کار میرود.
کلام پایانی
ما در مطالب این صفحه در رابطه با کرومیت و کاربرد آن در صنعت سخن گفتیم و در این باره اطلاعات مفیدی در اختیار شما همراهان گرامی قرار دادیم و اینک در انتها امیدواریم مطالب این صفحه برای شما عزیزان مفید بوده باشد.