Как добывают Хром

Хромом называется твердый металл, который имеет голубовато-белый окрас. В периодической системе химических элементов находится под номером 24. Название металла в переводе с греческого означает цвет. Элемент так стали именовать в связи с тем, что его соединения имеют разнообразную окраску.

Стоит отметить, что хром достаточно распространен в природе. Среди приоритетных его соединений необходимо выделить хромистый железняк (хромит), а также минерал крокоит, который, однако, менее значим от хромита.

Добыча хрома

Использовать минералы в качестве основного источника для добычи хрома представляется очень невыгодным. Поэтому главное сырье, из которого получают хром, — это хромовая руда.

Впервые в руде хром был обнаружен немецким химиком в 18 веке. Это знаменательное событие как для химии, так и для человечества в целом, случилось в Сибири. Именно там Леман обнаружил крокоит – свинцовую руду, имеющую красный окрас. В состав данной руды входит два основных элемента – свинец и хром.

Хром Как это сделано

Опыты по извлечению металла из руды были проведены Леманом в Петербурге. Благодаря ему, в настоящее время хром извлекается из руды двумя основными способами:

1. С помощью электролиза концентрированных водных растворов оксида хрома.
2. С помощью электролиза сульфата.

В процессе как одного, так и другого способа происходит разрушение молекулы оксида или сульфата в тигле, в котором и поджигают исходные соединения.

Использование хрома

При абсолютно обычных условиях с металлом ничего не происходит – он не окисляется и не ржавеет. В связи с тем, что основой всех сталей выступает железо, которое вступает в активную реакцию с кислородом и может ржаветь и окисляться, то хром добавляют во время выплавки сталей в качестве легирующего элемента. Это позволяет в разы повысить антикоррозионные свойства сталей.

Силикотермический хром используется при выплавке нихрома – сплав хрома и никеля. Благодаря соединению этих двух компонентов сплав обладает пластичностью, твердостью и устойчивостью к окислению.

Также выпускают соединения хрома и кобальта, в результате чего образуется сплав под названием стеллит, который обладает очень высокой твердостью. К данному сплаву также может добавляться молибден и вольфрам. Такой сплав отличается своей дороговизной, однако он оправдывает себя. Его используют в качестве элемента, который наплавляется на машинные детали, рабочие станки и инструменты для того, чтобы существенно повысить их устойчивость к износу.

Соединения хрома также активно используются при производстве декоративных покрытий, как элементы, повышающие устойчивость к коррозии.

Наше достояние. Месторождение хрома в Казахстане

Порошковый хром используется в качестве добавки в нижний слой зубных коронок с целью повышения их прочности.

Хром также применяется в ювелирных изделиях, поскольку он является составной частью уваровита, минерала из группы гранатов. Уваровит имеет зеленый цвет, который достигается именно наличием хрома. Ценность такого камня существенно выше, чем красного в силу своей редкости. Кроме того, уваровит обладает чуть большей твердости, чем стандартные гранаты, что также является преимуществом.

Добыча хромовых руд

Месторождения хрома находятся на территории разных стран. Однако, наиболее крупное из них расположено в ЮАР. Данной республике принадлежит мировое лидерство по хромовым запасам. Второе место занимает Казахстан, на территории которого запасы разведанных месторождений превышают 350 млн. тонн.

Также среди крупнейших залежей металла стоит отметить месторождения, расположенные на территории России, Зимбабве, Мадагаскара. Залежи хрома были обнаружены в Турции, Индии, Армении, Бразилии, а также на Филиппинах.

Главные экспортеры хромовой руды

Хромовые руды России, главным образом, сосредоточены на территории Урала (Донские и Сарановские).

Так как хром является металлом глубинных пород земли, его месторождения имеют магматическое происхождения. Таким образом, хромовая руда залегает на значительных глубинах. В связи с этим существует единственно возможный способ их добычи – с помощью шахт. При этом, используются направленные взрывы.

Руда из шахты извлекается не в чистом виде: вместе с ней на поверхность также поднимаются другие руды и пустые породы. После этого осуществляется отделение хромовой руды от примесей с помощью центрифуги с использованием тяжелых жидкостей – в сепарационный барабан загружаются ферросилиции и запускают его. В результате вращения барабана пустая порода, имеющая существенно меньший вес, поднимается на верх, а хромовая руда оседает на дне.

Источник: mining-prom.ru

Добыча хрома: виды, состав и способы извлечения хрома

Хром — твердый металл голубовато-белого цвета, использующийся для изготовления различных сплавов, а также в ювелирной промышленности. Его первооткрывателем считается фармацевт и химик из Франции Луи-Николя Воклен, обнаруживший залежи элемента на уральском месторождении в середине 18 столетия. С греческого языка хром переводится как «краска, цвет».

Структура и состав металла

При температурных условиях в +20 градусов и давлении в 1 атмосферу хром выглядит как блестящий серебристо-голубоватый твердый металл. Температура плавления варьируется в зависимости от примесей. К примеру, малейшие примеси азота значительно изменяют величину параметров плавления. Идентичная картина наблюдается и с физическими свойствами Cr.

Чистый хром — тягучий, вязкий и ковкий металл. При добавлении ничтожных примесей азота или углерода он приобретает такие качества, как ломкость и хрупкость.

Виды хромовых руд

Хромовые руды бывают техногенными, экзогенными и эндогенными в зависимости от типа месторождения. Россыпные (или экзогенные) добываются на месторождениях, возникших из-за разрушения эндогенных залежей хромитовых руд. Металл получают из порошковатых, рыхлых и валунчатых руд на Сарановском, Кемпирсайском месторождении и японских морских россыпях. Эндогенные руды бывают:

1. Позднемагатическими. Сформированы из остаточных рудных расплавов, отличающихся высокой концентрацией ценных компонентов. Высокохромистые огнеупорные и металлургические руды добывают преимущественно в Албании, Турции и Греции.
2. Раннемагматическими. Формируются на ранних стадиях кристаллизации пород магматического типа. Главными местами добычи огнеупорных среднехромистых руд являются Индия, Северная Америка и Южная Африка.

Места добычи техногенных разновидностей — спецотвалы, сформированные в процессе разработки хромовых месторождений при обогащении руд. Добыча техногенной руды считается экономически целесообразной, что делает ее наиболее востребованной в промышленной сфере.

Его производство

Большая часть добываемого Cr используется для сплава хрома и железа, известного как феррохром. Процесс добычи и производства Cr тяжелый и затратный, что сказывается на высокой стоимости конечного продукта. Однако Cr отличается устойчивым спросом, поскольку выступает в качестве обязательного легирующего элемента при производстве жароустойчивой и нержавеющей стали.

Залежи в природе и добыча хрома

Хром — весьма распространенный элемент, присутствующий в земной коре. Основные соединения хрома — хромит (хромистый железняк) и красная свинцовая руда крокоит. Разработка месторождений Cr осуществляется следующими способами:

• подземным;
• открытым;
• комбинированным.

Самый популярный метод добычи хрома — открытый, поскольку он считается наиболее экономичным, а для его реализации используется высокомощное оборудование и промышленная техника. Для открытого способа требуется разработка карьеров и организация соответствующей инфраструктуры. К подземному методу прибегают реже из-за более высокой себестоимости.

Перед тем, как начать извлечение Cr, необходимо вскрытие множества других пород. Используют подземный способ в случаях, когда разработка ведется на большой глубине. При комбинированном методе добыча ведется как под слоем земли, так и на ее поверхности.

Способы добычи хрома

Хром добывают преимущественно из хромистого железняка. Данный способ считается более сложным, чем метод получения Cr из минерала крокоит.

Алюмотермический метод

Для плавки используют наклоняющую плавильную шахту, которую монтируют на платформе специальной вагонетки. Для футеровки шахты применяется магнезитовый кирпич. Первый этап состоит в загрузке шихты, добавлении запальной смеси и поджоге. После достижения устойчивого характера процесса загрузка осуществляется в непрерывном режиме.

1. Перед началом загрузки шихта перемешивается с помощью барабанного сепаратора на протяжении получаса. Шихта состоит из натриевой селитры, алюминиевого порошка, окиси хрома и оксида хрома.
2. Когда запальную смесь поджигают, начинается восстановительная реакция Al2O3 и процесс разложения селитры. Они выступают в качестве термитной добавки, компенсирующей недостаток тепла.
3. В завершение процесса плавки делают небольшую выдержку, после чего плавильная шахта возвращается в исходную позицию.

Металлотермическая плавка

Для плавки металлотермическим методом используют поворачивающую шахту с облицовкой из огнеупорного кирпича. Процент извлечения хрома варьируется в диапазоне от 89 % до 92 %, способ отличается пониженным расходом алюминия.

1. Плавку выполняют посредством электропечного агрегата. Загружают дифференцированную шихту, состоящую из порошкового алюминия, концентрированного хрома, извести и селитры натриевой.
2. Запальная часть нуждается в предварительной проплавке, после завершения которой вводятся рудные части шихты. После двухчасовой плавки расплав подвергают дополнительному прогреву.
3. Когда печь выключается, плавильная шахта перемещается в пространство плавильной камеры. Восстановительная часть шихты загружается из бункеров.

После пятиминутной загрузки необходимо выдержать расплав. Когда восстановительный процесс завершен, шлак сливается. Сплав, полученный методом металлотермической плавки, может содержать до 80,5 % Cr.

Лабораторный метод

Электролитический метод используется для получения химически чистого металла. В условиях лаборатории хромовый ангидрид получают с помощью H2SO4 посредством электролиза, в ходе которого выделяется водород, а металлически чистейший хром выпадает в осадок. Применение химически чистого металла довольно ограничено, поэтому электролитический способ востребован менее остальных методов.

Область применения хрома

Cr используют для производства хромированных труб, поскольку металл не ржавеет и не вступает в окислительные реакции. Хром, добавленный как легирующий элемент при выплавке стали, значительно повышает ее антикоррозийные качества. С помощью силикотермического хрома получают нихром (сплав Ni и Cr), который тверд, пластичен и устойчив к окислительным процессам.

Стеллит (сплав Co и Cr с добавлением вольфрама и молибдена) — весьма практичный, твердый и дорогой. Используется в изготовлении различных инструментов, рабочих станков и деталей для машин. Повышает показатели устойчивости к износу.

С помощью сплавов Cr производят декоративные покрытия, чрезвычайно устойчивые к коррозии и внешним воздействиям. Из порошкового хрома изготавливают зубные коронки, которые отличаются высокой прочностью. Металл активно задействован в ювелирной промышленности для производства одной из разновидностей граната под названием уваровит. Хромово-кальциевый минерал очень тверд, не вступает в окислительные реакции, и используется для инкрустации браслетов, сережек, колец и других ювелирных изделий.

Мировая добыча хрома

Самое крупное месторождение Cr находится в Южной Африке. Огромные запасы хрома сконцентрированы в Казахстане. В числе стран с наибольшим количеством месторождений металла — Филиппины, Бразилия, Армения и Россия.

Источник: uglevodorody.ru

Виды и способы извлечения хрома

Хромовые руды (хромиты) представляют собой минералы, из которых производится добыча хрома (твердого металла голубовато-белого цвета). Горная порода относится к семейству хромовой шпинели и достаточно распространённая в мире. По свойствам и особенностям месторождения вещества выделяются виды руды и способы извлечения.

Область применения хрома

Хром – это переходный металл. Он широко используется в промышленности благодаря своей прочности и устойчивости к нагреву и коррозии.

Производство стали

Хром составляет легирующий элемент (улучшающий физические и химические свойства) при плавке стали. Он повышает устойчивость металла к коррозии, который ржавеет и окисляется под действием кислорода. Железо становится тверже, а критическая скорость охлаждения при закалке снижается. Сталь используется для изготовления огнестрельных орудий, плит, огнеупорных шкафов и в строительстве кораблей.

Хромирование

Кислый хромат наносится тонким слоем на металлическую поверхность, делая ее износоустойчивой и красивой. Применяется для отделки деталей автомобилей, мотоциклов, велосипедов, часов, дверных ручек.

Сохранение древесины и обработка кожи

Соли хрома используются для сохранения древесины от повреждений и разрушений грибков, насекомых и термитов. Квасцы хрома используются в кожевенной промышленности, так как он помогает стабилизировать кожу.

Красящие вещества

Хром применяется в изготовлении красок и пигментирующих веществ. Стекло окрашивается обычно в зеленоватый цвет, реже желтый.

Ювелирная промышленность

Ювелирные изделия частично состоят из хрома. Он является составной частью драгоценных камней (уваровит, искусственный рубин, хромовая шпинель).

Иные способы использования

Хромовые соединения используются во многих отраслях промышленности:

• фотографической деятельности (хромированный желатин);
• полиграфической индустрии (травящий раствор, светочувствительный слой);
• электронной (проводник поверхности деталей электроаппаратуры, радио, телевизоров, электрических приборов);
• изготовление пластмассы;
• химико-фармацевтической промышленности (синтез душистых веществ).

Виды хромовых руд

По промышленным типам месторождений выделяют несколько видов хромовых руд. Среди них различают:

• эндогенные;
• экзогенные;
• техногенные.

Эндогенные

По условиям образования эндогенные руды делятся на два типа:

• Раннемагматические. Месторождения образовались на ранней стадии образования интрузивов (магматические горные породы), залегают в нижних массивах. Руды среднехромистые, сплошные, огнеупорные (ЮАР, Финляндия, США, Индия).
• Позднемагматические. Руды сформировались в поздний период формирования интрузивов. Главный источник высокохромистых металлургических и огнеупорных руд (Греция, Турция, Югославия, Албания).

Экзогенные (россыпные)

Месторождения возникают в результате разрушений выветривания эндогенных хромитовых рудных залежей. Промышленное значение достаточно ограничено (Япония, Югославия, Филиппины, Куба).

Техногенные

Руды добываются на поверхности Земли или из спецотвалов забалансовых руд, образовавшиеся при разработке месторождений хрома в процессе обогащения руды. Сырье пригодно для промышленного применения. Экономическая выгода заключается в том, что разработка проводится на поверхности.

Способы добычи хрома

Основными соединениями для получения хрома является железо, свинец, манитохромит. Главным сырьем, из которого извлекают вещество — хромовая руда.

Разработка

Существует три способа разработки месторождений:

• открытый;
• подземный;
• комбинированный.

Добыча хрома открытым способом

Самым популярным способом добычи полезных ископаемых является открытый способ. Объясняется это экономичностью процесса, а также возможностью применения оборудования и техники высокой мощности. Открытый способ добычи хрома осуществляется разработкой карьеров, организовывается необходимая инфраструктура. Размеры необходимых строений определяются особенностями залежей.

Для больших глубин используется подземный метод. Способ дорогой, но позволяет осуществлять раскопки в местах, где на поверхности вести работу технически невозможно. Перед самим извлечением хрома, требуется вскрыть множество пород. Истощение запасов приводит к увеличению глубины разработки. Все чаще после извлечения руд, пустоты заполняются искусственной затвердевающей смесью.

Комбинированный способ объединяет разработку на поверхности и под землей. Они проводятся последовательно или одновременно. Экономический эффект достигается за счет наиболее полного извлечения хрома.

Методы извлечения хрома

Наиболее экологически безопасным является путь утилизации хромсодержащих шламов методом переработки с целью извлечения и использования хрома в различных отраслях промышленности. В настоящее время предложено несколько вариантов решения проблемы в этом направлении.

Металлотермическая плавка

Добыча производится в поворачивающей шахте, облицованной огнеупорным кирпичом. Особенностью является дифференцирование сырья следующим образом:

• Запальная смесь состоит из 200 кг. хромового концентрата, 60 кг. алюминиевого порошка, 35 кг. натриевой селитры.
• Для рудной части используется 875 кг. концентрата, 370 кг. извести.
• Восстановительные материалы — 725 кг. концентрата, 442 кг. порошка алюминия.

Треть окислов шихты предварительно расплавляется, что увеличивает извлечение хрома на 5%, а расход алюминия уменьшается, в среднем на 47 кг. на тонну продукции. Сама плавка производится в электропечном агрегате. Запальная часть проплавляется. Во включенную электропечь вводится рудная часть шихты.

Длительность плавления 90—120 минут, дополнительно нагревают в течение четверти часа и нагрев отключают. Затем шихту помещают в плавильную камеру, а восстановительную смесь загружают в течение 5 минут. Расплав выдерживается несколько минут, для завершения восстановительного процесса. Сплав и шлак сливаются в изложницу. Состав хрома в таком способе извлечения равняется 80%.

Лабораторный метод

В основе лежит электролитический метод извлечения. Проводится получение хрома в лабораторных условиях, в специальном электролизере. Для процесса организовывается пропускание раствора хромового ангидрида в серной кислоте. На катодах выделяется водород и хром оседает в чистом содержании. Такой состав применяется редко, поэтому лабораторный метод менее востребованный.

Алюминотермический метод

Для извлечения хрома требуется специальная плавильная шахта определенной конструкции, смонтированной в вагонетке. А также она должна быть облицованная магнезитовым кирпичом.

Начальный этап включает загрузку шихтой массой 200—250 кг. Предварительно шихту тщательно перемешивают в барабане смесителем, минимально для этого требуется 30—40 минут. В один процесс плавки используется от 2 до 6 тысяч хромового концентрата либо оксида хрома.

Получение хрома из оксида осуществляют методом алюмоте

Затем происходит добавление запальной смеси, которая потом подпаливается. Происходит процесс, в ходе которого восстанавливается Al2O3 (оксид алюминия), повышается уровень алюминия из-за разложения селитры. При этом увеличивается образование необходимого тепла. При устойчивом процессе производят непрерывную загрузку элеватором.

Последняя порция сырья дополняется флюсом (известь 200—250 кг., с размером зерна в пределах 0,3 см.). Применение извести рационально из-за способности поддерживания постоянного движения молекул и облегчения получения хрома. Длительность беспрерывного процесса плавления занимает 10—20 минут, затем производится выдержка. После этого, шлак переливают в изложницу. Толщина слоя должна равняться 20—30 см.

Плавильный горн возобновляется в начальную позицию, а через несколько минут металл со шлаком сливают. Шлаковый и хромовый блок охлаждается и вынимается. В результате сплав содержит 88—92% хрома. Могут присутствовать небольшие доли вредных примесей.

Мировая добыча хрома

К крупнейшим производителям относится ЮАР (мировой лидер), Казахстан, Россия и Китай. Дополнительные месторождения находятся в Турции, Индии, Армении, Бразилии и на Филиппинах. В России основные залежи хромовой руды выделяют на Урале (Донское и Сарановское).

Источник: promzn.ru