Profil metalowy: Chrom

Ruda chromitu w kopalni Hernic Ferrochrome w RPA.

Terence Bell

Metaliczny chrom jest najbardziej znany ze swojego zastosowania w chromowaniu (często określanym po prostu jako „chrom”), ale jego największym zastosowaniem jest składnik stale nierdzewne . Obie aplikacje korzystają z twardości chromu, odporności nakorozjai możliwość polerowania, aby uzyskać lśniący wygląd.

Nieruchomości

• Symbol atomowy: Cr
• Liczba atomowa: 24
• Masa atomowa: 51,996 g/mol¹
• Kategoria elementu: Metal przejściowy
• Gęstość: 7.19g/cm³w 20°C
• Temperatura topnienia: 3465°F (1907°C)
• Temperatura wrzenia: 4840°F (2671°C)
• Twardość Moha: 5,5

Charakterystyka

Chrom to twardy, szary metal, ceniony za niezwykłą odporność na korozję. Czysty chrom jest magnetyczny i kruchy, ale po stopieniu może być wytwarzany ciągliwy i wypolerowane na jasne, srebrzyste wykończenie.

Chromium wywodzi swoją nazwę od chrom, Greckie słowo oznaczające kolor, ze względu na jego zdolność do wytwarzania żywych, kolorowych związków, takich jak tlenek chromu.

Historia

W 1797 r. francuski chemik Nicolas-Louis Vauguelin wyprodukował pierwszy czysty metaliczny chrom, traktując krokoit (minerał zawierający chrom) węglanem potasu, a następnie redukując powstały kwas chromowy węglem w tyglu grafitowym.

Chociaż związki chromu były używane w barwnikach i farbach od tysięcy lat, dopiero długo po odkryciu Vauguelina, zastosowanie chromu w zastosowaniach metalowych zaczęło się rozwijać. Pod koniec XIX i na początku XX wieku metalurdzy w Europie aktywnie eksperymentowali z metalem stopy , starając się produkować mocniejsze i trwalsze stale .

W 1912 roku, pracując w Firth Brown Laboratories w Wielkiej Brytanii, metalurg Harry Brearley otrzymał zadanie znalezienia bardziej odpornego metalu do luf pistoletów. Do tradycyjnej stali węglowej dodał chrom, o którym wiadomo było, że ma wysoką temperaturę topnienia, tworząc pierwszą stal nierdzewną. Jednak mniej więcej w tym samym czasie inni, w tym Elwood Haynes w USA i inżynierowie z Krupp w Niemczech, również opracowywali stopy stali zawierające chrom. Wraz z rozwojem elektrycznego pieca łukowego, wkrótce po tym nastąpiła produkcja stali nierdzewnej na dużą skalę.

W tym samym okresie prowadzono również badania nad metalami galwanicznymi, które pozwoliły na tańsze metale, takie jak: żelazo oraz nikiel , aby przyjąć na zewnątrz odporność chromu na ścieranie i korozję oraz jego walory estetyczne. Pierwsze chromowane elementy pojawiły się na samochodach i zegarach z najwyższej półki pod koniec lat dwudziestych.

Produkcja

Przemysłowe produkty chromowe obejmują chrom metaliczny, żelazochrom, chemikalia chromowe i piaski odlewnicze. W ostatnich latach pojawiła się tendencja do większej integracji pionowej w produkcji materiałów chromowych. Oznacza to, że coraz więcej firm zajmuje się wydobyciem rudy chromitowej, przetwarzając ją również na metaliczny chrom, żelazochrom i ostatecznie na stal nierdzewną.

W 2010 roku światowa produkcja rudy chromitowej (FeCr_dwaO₄), podstawowy minerał wydobywany do produkcji chromu wynosił 25 mln ton. Produkcja żelazochromu wyniosła około 7 milionów ton, podczas gdy produkcja chromu metalicznego wyniosła około 40 000 ton. Żelazochrom jest produkowany wyłącznie w elektrycznych piecach łukowych, natomiast chrom metaliczny może być wytwarzany metodami elektrolitycznymi, krzemotermicznymi i glinotermicznymi.

Podczas produkcji żelazochromu ciepło wytwarzane przez elektryczne piece łukowe sięga 5070 ° F (2800 ° C), powoduje, że węgiel i koks redukują rudę chromu w wyniku reakcji karbotermicznej. Po wytopieniu wystarczającej ilości materiału w palenisku pieca, stopiony metal jest odprowadzany i krzepnie w dużych odlewach przed kruszeniem.

Aluminotermiczna produkcja metalicznego chromu o wysokiej czystości stanowi ponad 95% produkowanego obecnie chromu metalicznego. Pierwszy etap tego procesu wymaga, aby ruda chromitu była prażona z sodą i wapnem w powietrzu w temperaturze 2000 ° F (1000 ° C), który tworzy chromian sodu zawierający kalcyn. Może być wypłukiwany z materiału odpadowego, a następnie redukowany i wytrącany jako tlenek chromu (Cr_dwaO₃).

Tlenek chromu jest następnie mieszany ze sproszkowanym aluminium i włożyć do dużego glinianego tygla. Nadtlenek baru i magnez proszek jest następnie rozprowadzany na mieszance, a tygiel jest otoczony piaskiem (który działa jak izolacja).

Mieszanina ulega zapłonowi, w wyniku czego tlen z tlenku chromu reaguje z aluminium z wytworzeniem tlenku glinu, a tym samym uwalnia się stopiony metaliczny chrom o czystości 97-99%.

Według statystyk US Geological Survey, największymi producentami rudy chromitowej w 2009 roku były RPA (33%), Indie (20%) i Kazachstan (17%). Do największych firm produkujących żelazochrom należą Xstrata, Eurasian Natural Resources Corp. (Kazachstan), Samancor (RPA) i Hernic Ferrochrome (RPA).

Aplikacje

Według International Development Association for Chromium, z całkowitej rudy chromitowej wydobytej w 2009 roku 95,2% było zużywane przez przemysł metalurgiczny, 3,2% przez przemysł materiałów ogniotrwałych i odlewniczych, a 1,6% przez producentów chemicznych. Głównymi zastosowaniami chromu są stale nierdzewne, stale stopowe i stopy metali nieżelaznych.

Stale nierdzewne odnoszą się do asortymentu stali, które zawierają od 10% do 30% chromu (wagowo) i które nie korodują ani nie rdzewieją tak łatwo jak zwykłe stale. Istnieje od 150 do 200 różnych kompozycji stali nierdzewnej, chociaż tylko około 10% z nich jest regularnie używanych.

Nazwy handlowe nadstopów chromu

Nazwa handlowa	Zawartość chromu (% wagi)
Hastelloy-X	22
WI-52	dwadzieścia jeden
Waspaloy	20
Nimonik	20
IN-718	19
Stale nierdzewne	17-25
Inconel	14-24
Udimet-700	piętnaście

Źródła:

Sully, Arthur Henry i Eric A. Brandes. Chrom . Londyn: Butterworths, 1954.

Ulica, Artur. & Alexander, WO 1944. Metale w służbie człowieka . Wydanie 11 (1998).

Międzynarodowe Stowarzyszenie Rozwoju Chromu (ICDA).

Źródło: www.icdacr.com