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.

Алюмотермический метод позволяет получить сплав, содержание Cr в котором может достигать 99 %.

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.

Также новости добывающей промышленности читайте на Производства.рф и телеграм канале.