Metāla profils: hroms
Hromīta rūda Hernic Ferrochrome raktuvēs Dienvidāfrikā.
Terenss Bells
Hroma metāls ir visplašāk atzīts par tā izmantošanu hroma pārklāšanā (ko bieži dēvē vienkārši par 'hromu'), taču to visplašāk izmanto kā sastāvdaļu nerūsējošie tēraudi . Abiem lietojumiem ir izdevīga hroma cietība un izturība pretkorozija, un spēja tikt pulētam, lai iegūtu spīdīgu izskatu.
Īpašības
- Atomu simbols: Kr
- Atomu skaits: 24
- Atomu masa: 51,996 g/mol1
- Elementu kategorija: Pārejas metāls
- Blīvums: 7,19g/cm320°C temperatūrā
- Kušanas temperatūra: 3465 °F (1907 °C)
- Vārīšanās temperatūra: 4840°F (2671°C)
- Moha cietība: 5,5
Raksturlielumi
Hroms ir ciets, pelēks metāls, kas tiek novērtēts ar savu neticamo izturību pret koroziju. Tīrs hroms ir magnētisks un trausls, bet leģēts to var izgatavot kaļams un pulēta līdz spilgtai, sudrabainai apdarei.
Hroms savu nosaukumu cēlies no hroms, grieķu vārds, kas nozīmē krāsu, jo tas spēj radīt spilgtus, krāsainus savienojumus, piemēram, hroma oksīdu.
Vēsture
1797. gadā franču ķīmiķis Nikolass Luiss Vogelins ražoja pirmo tīro hroma metālu, apstrādājot krokoītu (hromu saturošu minerālu) ar kālija karbonātu un pēc tam reducējot iegūto hromskābi ar oglekli grafīta tīģelī.
Lai gan hroma savienojumi krāsās un krāsās ir izmantoti tūkstošiem gadu, hroma izmantošana metālu lietojumos sāka attīstīties tikai krietni pēc Vogelina atklājuma. 19. gadsimta beigās un 20. gadsimta sākumā metalurgi Eiropā aktīvi eksperimentēja ar metālu sakausējumi , cenšoties ražot stiprākus un izturīgākus tēraudi .
1912. gadā, strādājot Firth Brown Laboratories Apvienotajā Karalistē, metalurgam Harijam Brīlijam tika uzdots atrast izturīgāku metālu ieroču stobriem. Tradicionālajam oglekļa tēraudam viņš pievienoja hromu, kuram, kā zināms, ir augsts kušanas punkts, tādējādi ražojot pirmo nerūsējošo tēraudu. Tomēr aptuveni tajā pašā laikā citi, tostarp Elwood Haynes ASV un Krupp inženieri Vācijā, arī izstrādāja hromu saturošus tērauda sakausējumus. Līdz ar elektriskās loka krāsns attīstību neilgi pēc tam sekoja liela mēroga nerūsējošā tērauda ražošana.
Tajā pašā laika posmā tika veikti pētījumi arī par metālu galvanizāciju, kas ļāva izmantot lētākus metālus, piemēram dzelzs un niķelis , lai to ārpusē ņemtu vērā hroma izturību pret nodilumu un koroziju, kā arī tā estētiskās īpašības. Pirmās hroma funkcijas parādījās automašīnās un augstākās klases pulksteņos 20. gadsimta 20. gadu beigās.
Ražošana
Rūpnieciskie hroma izstrādājumi ietver hroma metālu, ferohromu, hroma ķīmiskās vielas un lietuvju smiltis. Pēdējos gados ir vērojama tendence uz lielāku vertikālo integrāciju hroma materiālu ražošanā. Tas nozīmē, ka vairāk uzņēmumu ir iesaistīti hromīta rūdas ieguvē, to arī pārstrādā hroma metālā, ferohromā un, visbeidzot, nerūsējošajā tēraudā.
2010. gadā globālā hromīta rūdas (FeCrdiviO4), primārais minerāls, kas iegūts hroma ražošanai, bija 25 miljoni tonnu. Ferohroma ražošana bija aptuveni 7 miljoni tonnu, bet hroma metāla ražošana bija aptuveni 40 000 tonnu. Ferohroms tiek ražots, izmantojot tikai elektriskās loka krāsnis, savukārt hroma metālu var ražot ar elektrolītiskām, silīcija-termiskām un aluminotermiskām metodēm.
Ferohroma ražošanas laikā elektrisko loka krāšņu radītais siltums, kas sasniedz 5070 ° F (2800 ° C), liek oglēm un koksam samazināt hroma rūdu, izmantojot karbotermisku reakciju. Kad krāsns kurtuvē ir izkausēts pietiekami daudz materiāla, izkusušais metāls tiek novadīts un sacietēts lielos lējumos, pirms tiek sasmalcināts.
Augstas tīrības hroma metāla aluminotermiskā ražošana veido vairāk nekā 95% no mūsdienās saražotā hroma metāla. Pirmais solis šajā procesā prasa, lai hromīta rūda tiktu apgrauzdēta ar sodu un kaļķi gaisā 2000. ° F (1000 ° C), kas rada nātrija hromātu, kas satur kalcīnu. To var izskalot no atkritumu materiāla un pēc tam reducēt un izgulsnēt kā hroma oksīdu (CrdiviO3).
Pēc tam hroma oksīdu sajauc ar pulveri alumīnija un ielieciet lielā māla tīģelī. Bārija peroksīds un magnijs pulveris tiek uzklāts uz maisījuma, un tīģeli ieskauj smiltis (kas darbojas kā izolācija).
Maisījums tiek aizdedzināts, kā rezultātā skābeklis no hroma oksīda reaģē ar alumīniju, veidojot alumīnija oksīdu un tādējādi atbrīvojot izkausētu hroma metālu, kura tīrība ir 97–99%.
Saskaņā ar ASV Ģeoloģijas dienesta statistiku 2009. gadā lielākie hromīta rūdas ražotāji bija Dienvidāfrika (33%), Indija (20%) un Kazahstāna (17%). Lielākie ferohroma ražošanas uzņēmumi ir Xstrata, Eurasian Natural Resources Corp. (Kazahstāna), Samancor (Dienvidāfrika) un Hernic Ferrochrome (Dienvidāfrika).
Lietojumprogrammas
Saskaņā ar Starptautiskās hroma attīstības asociācijas datiem no kopējās 2009. gadā iegūtās hromīta rūdas 95,2% patērēja metalurģijas rūpniecība, 3,2% ugunsizturīgo materiālu un lietuvju rūpniecība un 1,6% ķīmisko vielu ražotāji. Hromu galvenokārt izmanto nerūsējošajos tēraudos, leģētos tēraudos un krāsainajos sakausējumos.
Nerūsējošais tērauds attiecas uz virkni tēraudu, kas satur no 10% līdz 30% hroma (pēc svara) un kas nerūsē vai nerūsē tik viegli kā parastie tēraudi. Pastāv no 150 līdz 200 dažādu nerūsējošā tērauda sastāvu, lai gan tikai aptuveni 10% no tiem tiek regulāri izmantoti.
Hroma supersakausējuma tirdzniecības nosaukumi
| Tirdzniecības nosaukums | Hroma saturs (% svara) |
|---|---|
| Hastelloy-X | 22 |
| WI-52 | divdesmitviens |
| Vaspalojs | divdesmit |
| Nimoniks | divdesmit |
| IN-718 | 19 |
| Nerūsējošais tērauds | 17-25 |
| Inconel | 14-24 |
| Udimet-700 | piecpadsmit |
Avoti:
Sully, Arturs Henrijs un Ēriks A. Brandess. Chromium . Londona: Butterworths, 1954.
Iela, Artūrs. un Aleksandrs, W. O. 1944. Metāli kalpošanā cilvēkam . 11. izdevums (1998).
Starptautiskā hroma attīstības asociācija (ICDA).
Avots: www.icdacr.com