Kroomi olemus
Kroom, elemendi sümbol Cr, aatomnumber 24, suhteline aatommass 51,996, kuulub keemiliste elementide perioodilisussüsteemi VIB rühma siirdemetalli hulka. Kroommetall on kehatsentreeritud kuubiline kristall, hõbevalge, tihedusega 7,1 g/cm³, sulamistemperatuuriga 1860 ℃, keemistemperatuuriga 2680 ℃, erisoojusmahutavusega temperatuuril 25 ℃ 23,35 J/(mol·K), aurustumissoojusega 342,1 kJ/mol, soojusjuhtivusega 91,3 W/(m·K) (0–100 °C), eritakistusega (20 °C) 13,2 uΩ·cm, heade mehaaniliste omadustega.
Kroomil on viis valentsi: +2, +3, +4, +5 ja +6. Endogeense toime tingimustes on kroomi valents üldiselt +3. Kõige stabiilsemad on +kolmevalentse kroomiga ühendid. +kuuevalentse kroomi ühenditel, sealhulgas kroomi sooladel, on tugevad oksüdeerivad omadused. Cr3+, AI3+ ja Fe3+ ioonraadiused on sarnased, seega võib neil olla lai sarnasuste spekter. Lisaks on kroomiga asendatavateks elementideks mangaan, magneesium, nikkel, koobalt, tsink jne, seega on kroom laialt levinud magneesium-raudsilikaatmineraalides ja abimineraalides.
Taotlus
Kroom on tänapäeva tööstuses üks enimkasutatavaid metalle. Seda kasutatakse peamiselt roostevaba terase ja mitmesuguste ferrosulamite (näiteks ferrokroomi) kujul olevate legeerteraste tootmisel. Kroomil on kõva, kulumiskindel, kuumakindel ja korrosioonikindel omadused. Kroomimaaki kasutatakse laialdaselt metallurgias, tulekindlate materjalide, keemiatööstuses ja valukodades.
Metallurgiatööstuses kasutatakse kroomimaaki peamiselt ferrokroomi ja metallilise kroomi sulatamiseks. Kroomi kasutatakse terase lisandina mitmesuguste ülitugevate, korrosioonikindlate, kulumiskindlate, kõrge temperatuuri ja oksüdatsioonikindlate eriteraste, näiteks roostevaba terase, happekindla terase, kuumakindla terase, kuullaagriterase, vedruterase, tööriistaterase jne tootmiseks. Kroom võib parandada terase mehaanilisi omadusi ja kulumiskindlust. Metallilist kroomi kasutatakse peamiselt koobalti, nikli, volframi ja muude elementide lisamiseks spetsiaalsetele sulamitele. Kroomimine ja kroomimine võivad muuta terase, vase, alumiiniumi ja muud metallid korrosioonikindlaks, läikivaks ja ilusaks pinnaks.
Tulekindlate materjalide tööstuses on kroomimaak oluline tulekindel materjal, mida kasutatakse kroomtelliste, kroommagneesiumtelliste, täiustatud tulekindlate materjalide ja muude spetsiaalsete tulekindlate materjalide (kroombetoon) valmistamiseks. Kroomipõhiste tulekindlate materjalide hulka kuuluvad peamiselt kroomimaagi ja magneesiumiga tellised, paagutatud magneesium-kroomklinker, sulatatud magneesium-kroomtellised, sulatatud, peeneks jahvatatud ja seejärel ühendatud magneesium-kroomtellised. Neid kasutatakse laialdaselt lahtistes koldeahjudes, induktsioonahjudes jne. Tsemenditööstuse metallurgilises konverteris ja pöördahjude voodris jne.
Valukojas ei reageeri kroomimaak valamise ajal sulaterase teiste elementidega, sellel on madal soojuspaisumistegur, see on vastupidav metalli läbitungimisele ja sellel on parem jahutusvõime kui tsirkoonil. Valukojas kasutatavale kroomimaagile kehtivad ranged nõuded keemilise koostise ja osakeste suurusjaotuse osas.
Keemiatööstuses on kroomi kõige otsesem kasutusala naatriumdikromaadi (Na2Cr2O7·H2O) lahuse tootmine ja seejärel teiste kroomiühendite ettevalmistamine kasutamiseks sellistes tööstusharudes nagu pigmentide, tekstiilide, galvaanilise katmise ja nahatööstuse, aga ka katalüsaatoritena.
Peeneks jahvatatud kroomimaagi pulber on looduslik värvaine klaasi, keraamika ja glasuuritud plaatide tootmisel. Kui naatriumdikromaati kasutatakse naha töötlemiseks, reageerivad algses nahas sisalduv valk (kollageen) ja süsivesikud keemiliste ainetega, moodustades stabiilse kompleksi, millest saab nahatoodete alus. Tekstiilitööstuses kasutatakse naatriumdikromaati peitsina kanga värvimisel, mis suudab värvaine molekule tõhusalt orgaaniliste ühenditega siduda; seda saab kasutada ka oksüdeerijana värvainete ja vaheühendite tootmisel.
Kroomi mineraal
Loodusest on leitud üle 50 liigi kroomi sisaldavaid mineraale, kuid enamikul neist on madal kroomisisaldus ja hajutatud jaotus, mis vähendab nende tööstuslikku kasutusväärtust. Need kroomi sisaldavad mineraalid kuuluvad oksiidide, kromaatide ja silikaatide hulka, lisaks mõnele hüdroksiidile, jodaadile, nitriidile ja sulfiidile. Nende hulgas leidub kroomnitriidi ja kroomsulfiidi ainult meteoriitides.
Kroomimaagi alamperekonna mineraaliliigina on kroomiit ainus oluline kroomi tööstuslik mineraal. Teoreetiline keemiline valem on (MgFe)Cr2O4, milles Cr2O3 sisaldus moodustab 68% ja FeO 32%. Selle keemilises koostises on kolmevalentne katioon peamiselt Cr3+ ning sageli esineb Al3+, Fe3+ ja Mg2+, Fe2+ isomorfseid asendusi. Tegelikult toodetud kromiidis on osa Fe2+-st sageli asendatud Mg2+-ga ning Cr3+ on erineval määral asendatud Al3+ ja Fe3+-ga. Kromiidi erinevate komponentide täielik isomorfse asenduse aste ei ole ühtlane. Neljanda järgu koordinatsioonikatioonid on peamiselt magneesium ja raud ning täielik isomorfne asendus on magneesiumi ja raua vahel. Neljajaotusmeetodi kohaselt saab kromiidi jagada neljaks alamrühmaks: magneesiumkromiit, raud-magneesiumkromiit, mafiin-raudkromiit ja raud-kromiit. Lisaks sisaldab kromiit sageli väheses koguses mangaani, mis on titaani, vanaadiumi ja tsingi homogeenne segu. Kromiidi struktuur on tavalise spinelli tüüpi.
4. Kroomikontsentraadi kvaliteedistandard
Erinevate töötlemismeetodite (mineraliseerimine ja looduslik maak) järgi jaotatakse metallurgia jaoks mõeldud kroomimaak kahte tüüpi: kontsentraat (G) ja tükimaak (K). Vt allolevat tabelit.
Metallurgia kroomimaagi kvaliteedinõuded
Kroomimaagi rikastamise tehnoloogia
1) Tagasivalimine
Praegu on gravitatsioonilisel eraldamisel oluline roll kroomimaagi rikastamisel. Gravitatsiooniline eraldamise meetod, mis kasutab põhilise käitumisena lahtist kihistumist vesikeskkonnas, on endiselt peamine kroomimaagi rikastamise meetod kogu maailmas. Gravitatsioonilise eraldamise seadmed on spiraalrenn ja tsentrifugaalkontsentraator ning töödeldavate osakeste suurusvahemik on suhteliselt lai. Üldiselt on kroomi ja aheraine mineraalide tiheduse erinevus suurem kui 0,8 g/cm3 ja mis tahes osakeste suurus, mis on suurem kui 100 μm, gravitatsiooniline eraldamine võib olla rahuldav. Tulemuseks on jämedate tükkidega (100–0,5 mm) maagi sorteerimine või eelvalik raske-keskmise rikastamise teel, mis on väga ökonoomne rikastamismeetod.
2) Magnetiline eraldamine
Magnetiline eraldamine on rikastusmeetod, mille puhul mineraale eraldatakse ebaühtlases magnetväljas maagi mineraalide magnetilise erinevuse põhjal. Kromiidil on nõrgad magnetilised omadused ja seda saab eraldada vertikaalsete rõngas-kõrggradiendiga magnetseparaatorite, märgplaatidega magnetseparaatorite ja muude seadmetega. Erinevates maailma kroomimaagi tootmispiirkondades toodetud kroomi mineraalide spetsiifilised magnetilise vastuvõtlikkuse koefitsiendid ei erine palju ja on sarnased erinevates piirkondades toodetud volframiidi ja volframiidi spetsiifiliste magnetilise vastuvõtlikkuse koefitsientidega.
Kõrgekvaliteedilise kroomi kontsentraadi saamiseks magnetilise eraldamise kasutamisel on kaks võimalust: üks on maagi tugevate magnetiliste mineraalide (peamiselt magnetiidi) eemaldamine nõrga magnetvälja abil, et suurendada ferrokroomi osakaalu, ja teine on tugeva magnetvälja kasutamine. Aheraine eraldamine ja kroomimaagi (nõrgalt magnetiliste mineraalide) eraldamine.
3) Elektriline valik
Elektriline eraldamine on kroomimaagi ja silikaatsete aherainete eraldamise meetod, mis kasutab mineraalide elektrilisi omadusi, näiteks juhtivuse ja dielektrilise konstandi erinevusi.
4) Flotatsioon
Gravitatsioonilise eraldamise käigus visatakse peeneteraline (-100 μm) kromiidimaagi sageli jäätmetena ära, kuid sellise suurusega kromiidil on siiski kõrge kasutusväärtus, seega saab flotatsioonimeetodit kasutada madala kvaliteediga peeneteralise kromiidimaagi eraldamiseks. Kroomimaagi flotatsioon jäätmetes on 20%–40% Cr2O3 ning aheraine mineraalidena serpentiin, oliviin, rutiil ja kaltsiummagneesiumkarbonaat. Maak jahvatatakse peeneks 200 μm-ni, sette hajutamiseks ja pärssimiseks kasutatakse vesiklaasi, fosfaati, metafosfaati, fluorosilikaati jne ning kogujana küllastumata rasvhappeid. Aheraine sette hajutamine ja pärssimine on flotatsiooniprotsessi jaoks väga oluline. Metallioonid, näiteks raud ja plii, võivad kromiiti aktiveerida. Kui suspensiooni pH väärtus on alla 6, siis kromiit peaaegu ei hõlju. Lühidalt öeldes on flotatsioonireaktiivi tarbimine suur, kontsentraadi kvaliteet on ebastabiilne ja taaskasutusmäär on madal. Gangue mineraalidest lahustunud Ca2+ ja Mg2+ vähendavad flotatsiooniprotsessi selektiivsust.
5) Keemiline rikastamine
Keemiline meetod on teatud kroomimaagi otsene töötlemine, mida ei saa füüsikaliste meetoditega eraldada või mille füüsikaliste meetodite maksumus on suhteliselt kõrge. Keemilise meetodi abil saadud kontsentraadi Cr/Fe suhe on kõrgem kui tavalise füüsikalise meetodi puhul. Keemiliste meetodite hulka kuuluvad: selektiivne leostus, oksüdatsiooni redutseerimine, sulamise eraldamine, väävelhappe ja kroomhappe leostus, redutseerimine ja väävelhappe leostus jne. Füüsikalis-keemiliste meetodite kombinatsioon ja kroomimaagi otsene töötlemine keemiliste meetoditega on tänapäeval kroomi rikastamise üks peamisi suundumusi. Keemiliste meetoditega saab kroomi otse maagist eraldada ning toota kroomkarbiidi ja kroomoksiidi.
Postituse aeg: 30. aprill 2021