Поверхностная оксидная пленка является причиной инертности хрома при обычной температуре, благодаря чему этот металл не подвергается атмосферной коррозии (в отличие от железа).
При нагревании хром проявляет свойства довольно активного металла, что соответствует его положению в электрохимическом ряду напряжений.
1. Взаимодействие с O2
Тонкоизмельченный хром интенсивно горит в токе кислорода. На воздухе реакция с O2 происходит лишь на поверхности металла.
При осторожном окислении амальгамированного хрома образуется низший оксид CrO.
2. Взаимодействие с другими неметаллами
(Сr не взаимодействует с Н2, но поглощает его в больших количествах)
CrCl3 и CrS — ионные соединения.
CrN и rxCy — ковалентные тугоплавкие инертные вещества, по твердости сравнимы с алмазом.
3. Взаимодействие с разбавленными растворами HCl и H2SO4
4. Действие концентрированных HNO3, H2SO4 и «царской водки» на хром.
Эти кислоты не растворяют хром при обычной температуре, они переводят его в «пассивное» состояние.
Как сделать хром в новой версии кар паркинг без бана car parking
Пассивацию можно частично снять сильным нагреванием, после чего хром начинает очень медленно растворяться в кипящих конц. HNO3, H2SO4, «царской водке».
— смесь концентрированных HNO33 и НСl (1:3), растворяет золото и платиновые металлы (Pd,Os,Ru).
5. Вытеснение малоактивных Me из водных р-ров солей.
6. Взаимодействие с солями, разлагающимися с образованием кислорода.
Соединения Cr (II)
СrO — оксид хрома (II).
Твердое черное вещество, н. р. в Н2O.
Способы получения
1) медленное окисление хрома, растворенного в ртути
2) обезвоживание Сr(ОН)2 в восстановительной атмосфере:
Химические свойства
СrO — неустойчивое вещество, легко окисляется при небольшом нагревании до Сr2O3; при более высоких Т диспропорционирует:
Сr(OН)2 — гидроксид хрома (II)
твердое желтое вещество, н. р. в Н2O.
обменными реакциями из солей Сr 2+ :
Химические свойства
Неустойчивое вещество, разлагается при нагревании; на воздухе быстро окисляется с образованием зеленого гидроксида хрома (III);
Соли Сr 2+
Наиболее важные: CrCl2, CrSO4, (СН3СОО)2Сr. Гидратированный ион Сr 2+ имеет бледно-голубую окраску.
Способы получения:
1. Сr + неметалл (S, Hal2)
2. Восстановление солей Сr 3+ :
Химические свойства
1. Соли Сr 2+ — сильные восстановители, так как очень легко окисляются до солей Сr 3+
2. Раствор CrSO4 в разбавленной H2SO4 — превосходный поглотитель кислорода:
3. С аммиаком соли Сr 2+ образуют комплексные соли — аммиакаты:
Для Сr 2+ характерно образование двойных сульфатов, например: K2Cr(SO4)2• 6Н2O
Соединения Сr(III)
, важнейшее природное соединение хрома. Сr2О3, полученный химическими методами, представляет собой темно-зеленый порошок.
Способы получения
1. Синтез из простых веществ:
2. Термическое разложение гидроксида хрома (III) или дихромата аммония:
3. Восстановление дихроматов углеродом или серой:
Сr2O3 используется для изготовления краски «хромовая зеленая», обладающей термо- и влагоустойчивостью.
Химические свойства
Сr2O3 — типичный амфотерный оксид
В порошкообразном виде реагирует с сильными кислотами и сильными щелочами, в кристаллическом виде — химически инертное вещество.
К наиболее практически важным реакциям относятся следующие:
1. Восстановление с целью получения металлического хрома:
2. Сплавление с оксидами и карбонатами активных металлов:
Образующиеся метахромиты являются производными метахромистой кислоты НСrO2.
3. Получение хлорида хрома (III):
Сr(ОН)3 — гидроксид хрома (III).
Образуется в виде синевато-серого осадка при действии щелочей на соли Сr 3+ :
Практически нерастворимый в воде гидроксид может существовать в виде коллоидных растворов.
В твердом состоянии гидроксид хрома (III) имеет переменный состав Сr2O3• nН2O. Теряя молекулу воды, Сr(ОН)3 превращается в метагидроксид СrО(ОН).
Химические свойства
Сr(ОН)3 — амфотерный гидроксид, способный растворяться как в кислотах, так и в щелочах:
Сr(ОН)3 + ЗОН — = [Cr(OH)6] 3- гексагидроксохромитанион
При сплавлении с твердыми щелочами образуются метахромиты:
Соли Cr 3+ .
Растворением осадка Сr(ОН)3 в кислотах получают нитрат Cr(NO3)3, хлорид СrСl3, сульфат Cr2(SO4)3 и другие соли. В твердом состоянии чаще всего содержат в составе молекул кристаллизационную воду, от количества которой зависит окраска соли.
Самой распространенной является двойная соль КСr(SO4)2• 12H2O — хромокалиевые квасцы (сине-фиолетовые кристаллы).
Хромиты, или хроматы (III) — соли, содержащие Сr 3+ в составе аниона. Безводные хромиты получают сплавлением Сr2O3 с оксидами двухвалентных металлов:
В водных растворах хромиты существуют в виде гидроксокомплексов.
Химические свойства
К наиболее характерным свойствам солей Cr(III) относятся следующие:
1. Осаждение катиона Сг 3+ под действием щелочей:
Характерный цвет осадка и его способность растворяться в избытке щелочи используется для отличия ионов Сг 3+ от других катионов.
2. Легкая гидролизуемость в водных растворах, обусловливающая сильнокислый характер среды:
Сr 3+ + Н2O = СrОН 2+ + Н +
Соли Сr (III) с анионами слабых и летучих кислот в водных растворах не существуют; так как подвергаются необратимому гидролизу, например:
3. Окислительно-восстановительная активность:
а) окислитель: соли Cr(III) → соли(VI)
см. «Получение солей Cr(VI)»
б) восстановительь: соли Cr(III) → соли(II)
см. «Получение солей Cr(II)»
4. Способность к образованию комплексных соединений — аммиакатов и аквакомплексов, например:
Соединения Cr(VI)
CrO3 — оксид хрома (VII) триоксид хрома, хромовый ангидрид.
Кристаллическое вещество темно-красного цвета, очень гигроскопичное, легко растворимое в воде. Основной способ получения:
Химические свойства
СrО3 — кислотный оксид, активно взаимодействует с водой и щелочами, образуя хромовые кислоты и хроматы.
Хромовый ангидрид — чрезвычайно энергичный окислитель. Например, этанол воспламеняется при соприкосновении с СrO3:
Продуктом восстановления хромового ангидрида, как правило, является Сr2O3.
Хромовые кислоты — Н2СrO4, Н2Сr2O7.
Химические свойства
При растворении CrO3 в воде образуются 2 кислоты:
Обе кислоты существуют только в водных растворах. Между ними устанавливается равновесие:
Обе кислоты очень сильные, по первой ступени диссоциированы практически полностью:
— соли, содержащие анионы хромовой кислоты CrO4 2- . Почти все имеют желтую окраску (реже — красную). В воде хорошо растворяются только хроматы щелочных металлов и аммония. Хроматы тяжелых металлов н. р. в Н2O. Наиболее распространены: Na2CrO4, К2CrO4, РЬCrO4 (желтый крон).
Способы получения
1. Сплавление CrO3 с основными оксидами, основаниями:
2. Окисление соединений Cr(III) в присутствии щелочей:
3. Сплавление Сr2O3 со щелочами в присутствии окислителя:
Химические свойства
Хроматы существуют только в разбавленных щелочных растворах, которые имеют желтую окраску, характерную для анионов СrO4 2- . При подкислении раствора эти анионы превращаются в оранжевые дихромат-анионы:
2СrO4 2- + 2Н + = Сr2O7 2- + Н2O Это равновесие мгновенно сдвигается в ту или иную сторону при изменении рН растворов.
Хроматы — сильные окислители.
При нагревании хроматы тяжелых металлов разлагаются; например:
— соли, содержащие анионы дихромовой кислоты Сr2O7 2-
В отличие от монохроматов имеют оранжево-красную окраску и обладают значительно лучшей растворимостью в воде. Наиболее важные дихроматы — К2Сr2O7, Na2Cr2O7, (NH4)2Cr2O7.
Их получают из соответствующих хроматов под действием кислот, даже очень слабых, например:
Химические свойства
Водные растворы дихроматов имеют кислую среду вследствие устанавливаемого равновесия с хроматанионами (см. выше). Окислительные свойства дихроматов наиболее сильно проявляются в подкисленных растворах:
При добавлении восстановителей к кислым растворам дихроматов окраска резко изменяется от оранжевой до зеленой, характерной для соединений Сг 3+ .
Примеры ОВР с участием дихроматов в качестве окислителей
Эта реакция используется для получения хромокалиееых квасцов KCr(SO4)2 • 12H2O
Источник: examchemistry.com
Добыча руды и методы промышленного получения хрома
Наиболее интересным для строительства и промышленности свойством хрома является его коррозийная стойкость – химическая инертность. В нормальных условиях элемент взаимодействует только со фтором.
Однако главным достоинством вещества является то, что при добавке его к сталям и другим металлическим сплавам, он сообщает им такие же уникальные свойства. Структура и химический состав хрома, добыча и производство металла будут рассмотрены нами в этой статье. Отдельно мы затронем и то, какая доля хрома входит в состав стали.
Структура и состав металла
При температуре в 20 С и давлением в 1 атм. хром представляет собой твердый металл голубовато-серебристого цвета с сильным блеском. Его физические свойства очень сильно зависят от примесей. Поэтому, например, так сложно было установить температуру плавления металла: из-за малейших примесей азота величина изменялась разительно.
То же самое, можно сказать о других его физических свойствах. Так, чистейший хром является ковким, вязким, довольно тягучим металлам, в то время как содержащий ничтожные примеси углерода или азота становится хрупким и ломким.
Фазовые переходы хрому несвойственны. Он кристаллизируется с образованием объемно-центрированной кубической решетки.
- При температуре в 1830 С и соблюдением определенных условий можно получить модификацию с гранецентрированной решеткой.
- При температуре в 312 К металл переходит из парамагнитного в антиферромагнитное состояние. При температуре в районе 220 К фиксируют еще один переход, проходящий без изменения структуры.
Далее будет рассмотрено добыча и производство металлического, электролитического и иных типов хрома в России и мире.
Видео ниже расскажет, как получают хром:
Его производство
В 1796 профессор химии Вокелен долго исследовал минерал и, в конце концов, выделил серебристо-серые кристаллы неизвестного металла. Металл получил название хром – от греческого краска, поскольку с разными веществами давал соединения всех цветов радуги.
Промышленное значение металл получил намного позже.
Нахождение в природе и добыча хрома
В свободном виде вещество не встречается. Хром, как выяснилось, можно обнаружить в составе очень многих соединениях железа и свинца, но промышленное значение имеют только хромиты, а, точнее говоря, хромовая шпинель. Чаще ее называют хромовым железняком.
Хромиты имеет почти черный цвет, специфический металлический блеск, форма залегания – сплошной массив. Хром – металл глубинных пород земли, так что месторождения, богатые металлом, как правило, имеют магматическое происхождение. Лидером по запасу хромового железняка является ЮАР – на ее территории сосредоточено около 76% разведанных запасов. На втором месте – Казахстан, где месторождение разрабатывают еще с 1930 г.
Сам по себе хромит, то есть, соединение с железом, встречается редко. Чаще дело имеет с 3 другими видами минерала:
- манитохромит – соли железа и магния;
- хромпикотит;
- алюмохромит – в составе оказывается и алюминий.
Различают до 20 разных видов хромитов – хромовый хлорит, фуксит, хромдиопсид, хромовый гранат и другие. Однако все они промышленного значения не имеют. Перспективной для разработки является руда, содержащая не менее 40% хрома.
Добывают хромовую руду шахтным методом при помощи направленных взрывов. Из шахты она извлекается в смеси с другими рудами и пустыми породами. Первичное разделение производят на центрифуге в тяжелых жидкостях. Для этого в сепарационный барабан загружают ферросилиций. При вращении пустая порода, поскольку ее вес меньше, чем у ферросилиция, будет всплывать, а хромовая – собираться на дне.
Хромовая руда практически никогда не обогащается. Около 70% ее используется при получении сплавов стали с хромом, а 30% – для хромирования в специальных мастерских.
Технология получения
Основным сырьем при получении металла выступает хромистый железняк. Технология получения довольно сложна, однако проще по сравнению с получением хрома из крокоита. Для промышленных целей производить металл с массовой долей в 98,9–99,2% – этого достаточно для легирования сталей. Для получения химически чистого хрома прибегают к другим методам.
Алюмотермический метод
Плавку осуществляют в наклоняющей плавильной шахте, смонтированной на специальной вагонетке. Шахта футерована магнезитовым кирпичом. На первом этапе в шахту загружают 150–250 кг шихты, затем добавляют запальную смесь и поджигают. Как только процесс принимает устойчивый характер, загрузку осуществляют непрерывно.
- Перед загрузкой шихту перемешивают в барабанном сепараторе не менее 30 минут. Состав шихты таков: хромовый концентрат – с общей долей оксида хрома более 58,5%, окись хрома, алюминиевый порошок и натриевая селитра. Добавляется хромистый молотый шлак с величиной зерна 0,3–0,8 мм, он выполняет роль балласта. При поджигании запальной смеси начинаются реакции восстановления оксидов алюминия и разложения селитры. Они-то и служат термитной добавкой, обеспечивающий недостающее тепло.
- На протяжении всей плавки загрузка шихты осуществляет элеватором так, чтобы шихта тонким слоем закрывала зеркало расплава.
- В конец процесса вместе с последними порциями сырья добавляют флюс – 200–250 кг. В этом качестве используется известь – с величиной зерна до 3 мм: известь поддерживает кинетические условия реакции и облегчает извлечение металлического хрома.
- Плавка длится около 12–20 минут.
- По окончанию плавки следует 2–3 минуты выдержки, а затем в изложницу изливают первую порцию шлака – слоем в 200–300 мм. Затем плавильную шахту возвращают в исходное положение и спустя 1–2 минуты сливают металл и шлак.
- После охлаждения блок шлака и хрома вынимают из изложницы и передают на разделку.
Металлотермическая плавка
Главная ее особенность – предварительное расплавление 30% окислов шихты. Как показывает практика здесь извлечение хрома увеличивается от 88 до 92,5%. При этом уменьшается расход алюминия при плавке: на 47 кг на каждую тонну продукции.
- Плавка ведется в электропечном агрегате, шахта поворачивающаяся, футерованная магнезитовым кирпичом.
- Шихта загружается дифференцированная и состоит из 3 частей: запальная – 200 кг хромового концентрата, 60 кг алюминиевого порошка и 35 кг натриевой селитры, рудная – 875 кг концентрата и 370 кг извести, восстановительная – 725 кг концентрата и 442 кг порошка алюминия.
- Запальную часть предварительно проплавляют. Затем включают электропечь и постепенно вводят рудную часть шихты. Плавка длится 1,5–2 часа, после чего расплав нагревают еще 10–15 минут.
- Печь выключают, а плавильную шахту перемещают в плавильную камеру, где восстановительную часть шихты загружают из бункера. Загрузка длится 3–5 минут, затем расплав выдерживают еще 3–5 минут для завершения процесса восстановления, а уже затем сплав и шлак сливают в изложницу.
Полученный таким образом сплав содержит до 80% хрома.
Лабораторный метод изготовления хрома описан ниже.
Лабораторный метод
Химически чистый металл получают электролитическим методом в лабораторных условиях. Для этого подвергают электролизу раствор хромового ангидрида в присутствии серной кислоты. При этом на катодах происходит выделение водорода и осаждение металлического чистейшего хрома.
Химически чистый металл используется довольно редко в очень специальных работах. Для хромирования вполне подойдет металл, получаемый алюмотермическим методом.
Далее рассмотрены производители хрома в России и мире.
Известные производители
Около 70% добываемого в мире хромита используется внутри страны для получения феррохрома. Последний и является статьей экспорта. Соответственно, к лидерам по производству металла относят страны, где имеются наибольшие запасы хромовой руды.
На сегодня доминируют в производстве 4 страны: ЮАР, Казахстан, Индия и Китай. Первые три производят около 70% всего феррохрома. Однако китайские добывающие компании активно теснят их.
Стоимость хрома колеблется и сильно в зависимости от спроса на металл. В январе 2017 года цена 1 тонны хрома составляла в среднем 7655 $.
Добыча и производство хрома – процесс довольно тяжелый и затратный, поэтому конечный продукт имеет внушительную стоимость. Однако спрос на него очень устойчив, поскольку хром – обязательный легирующий элемент при получении нержавеющих и жаростойких сталей.
Понравилась статья? Поделитесь с друзьями в социальных сетях:
Источник: stroyres.net
Применение и получение
Получение Хрома. В зависимости от цели использования получают Хром различной степени чистоты. Сырьем обычно служат хромшпинелиды, которые подвергают обогащению, а затем сплавляют с поташом (или содой) в присутствии кислорода воздуха. Применительно к основному компоненту руд, содержащему Сr 3 +, реакция следующая:
Образующийся хромат калия К2СrО4 выщелачивают горячей водой и действием H2SO4 превращают его в дихромат К2Сr2О7. Далее действием концентрированного раствора H2SО4 на К2Сr2О7 получают хромовый ангидрид С2О3 или нагреванием К2Сr2О7 с серой — оксид Хрома (III) С2О3.
Наиболее чистый Хром в промышленного условиях получают либо электролизом концентрированных водных растворов СrО3 или Сr2О3, содержащих H2SO4, либо электролизом сульфата Хрома Cr2(SO4)3. При этом Хром выделяется на катоде из алюминия или нержавеющей стали. Полная очистка от примесей достигается обработкой Хрома особо чистым водородом при высокой температуре (1500-1700 °С).
Возможно также получение чистого Хрома электролизом расплавов CrF3или СrCl3 в смеси с фторидами натрия, калия, кальция при температуре около 900 °С в атмосфере аргона.
В промышленности в больших масштабах производятся сплавы Хрома — феррохром и силикохром.
Применение Хрома. Использование Хрома основано на его жаропрочности, твердости и устойчивости против коррозии. Больше всего Хрома применяют для выплавки хромистых сталей. Алюмино- и силикотермический Хром используют для выплавки нихрома, нимоника, других никелевых сплавов и стеллита.
Значительное количество Хрома идет на декоративные коррозионно-стойкие покрытия. Широкое применение получил порошковый Хром в производстве металлокерамических изделий и материалов для сварочных электродов. Хром в виде иона Cr 3+ — примесь в рубине, который используется как драгоценный камень и лазерный материал. Соединениями Хрома протравливают ткани при крашении.
Некоторые соли Хрома используются как составная часть дубильных растворов в кожевенной промышленности; PbCrO4, ZnCrO4, SrCrO4 — как художественные краски. Из смеси хромита и магнезита изготовляют хромомагнезитовые огнеупорные изделия.
Соединения Хром (особенно производные Cr 6 +) токсичны.
Отравления Хромом, и его соединениями встречаются при их производстве; в машиностроении (гальванические покрытия); металлургии (легирующие добавки, сплавы, огнеупоры); при изготовлении кож, красок и т. д. Токсичность соединений Хрома зависит от их химические структуры: дихроматы токсичнее хроматов, соединения Cr (VI) токсичнее соединений Cr(II), Cr(III). Начальные формы заболевания проявляются ощущением сухости и болью в носу, першением в горле, затруднением дыхания, кашлем и т. д.; они могут проходить при прекращении контакта с Хромом.
При длительном контакте с соединениями Хрома развиваются признаки хронические отравления: головная боль, слабость, диспепсия, потеря в весе и других. Нарушаются функции желудка, печени и поджелудочной железы. Возможны бронхит, бронхиальная астма, диффузный пневмосклероз. При воздействии Хрома на кожу могут развиться дерматит, экзема. По некоторым данным, соединения Хрома, преимущественно Cr(III), обладают канцерогенным действием.
Источник: studfile.net