انباشت مواد معدنی رایج - خواص سنگ معدن کروم و فناوری فرآوری

ماهیت کروم

کروم، با نماد عنصر Cr، عدد اتمی 24، جرم اتمی نسبی 51.996، متعلق به عنصر فلز واسطه گروه VIB جدول تناوبی عناصر شیمیایی است. فلز کروم به صورت بلور مکعبی مرکزپر، به رنگ سفید-نقره‌ای، چگالی 7.1 گرم بر سانتی‌متر مکعب، نقطه ذوب 1860 درجه سانتیگراد، نقطه جوش 2680 درجه سانتیگراد، ظرفیت گرمایی ویژه در دمای 25 درجه سانتیگراد 23.35 ژول بر (مول بر کلوین)، گرمای تبخیر 342.1 کیلوژول بر مول، رسانایی گرمایی 91.3 وات بر (متر بر کلوین) (0-100 درجه سانتیگراد)، مقاومت ویژه (20 درجه سانتیگراد) 13.2 میکرو اهم بر سانتی‌متر، با خواص مکانیکی خوب است.

کروم پنج ظرفیت دارد: +2، +3، +4، +5 و +6. تحت شرایط عمل درون‌زا، کروم عموماً +3 ظرفیت دارد. ترکیبات دارای +کروم سه ظرفیتی پایدارترین هستند. ترکیبات +کروم شش ظرفیتی، از جمله نمک‌های کروم، خواص اکسیدکنندگی قوی دارند. شعاع یونی Cr3+، AI3+ و Fe3+ مشابه است، بنابراین می‌توانند طیف وسیعی از شباهت‌ها را داشته باشند. علاوه بر این، عناصری که می‌توانند با کروم جایگزین شوند عبارتند از منگنز، منیزیم، نیکل، کبالت، روی و غیره، بنابراین کروم به طور گسترده در کانی‌های سیلیکات آهن منیزیم و کانی‌های فرعی توزیع شده است.

کاربرد

کروم یکی از فلزات پرکاربرد در صنایع مدرن است. این فلز عمدتاً در تولید فولاد ضد زنگ و فولادهای آلیاژی مختلف به شکل فروآلیاژ (مانند فروکروم) استفاده می‌شود. کروم دارای ویژگی‌های سختی، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر حرارت و مقاومت در برابر خوردگی است. سنگ معدن کروم به طور گسترده در متالورژی، مواد نسوز، صنایع شیمیایی و صنایع ریخته‌گری استفاده می‌شود.

در صنعت متالورژی، سنگ معدن کروم عمدتاً برای ذوب فروکروم و کروم فلزی استفاده می‌شود. کروم به عنوان یک افزودنی به فولاد برای تولید انواع فولادهای ویژه با استحکام بالا، مقاوم در برابر خوردگی، مقاوم در برابر سایش، مقاوم در برابر دمای بالا و مقاوم در برابر اکسیداسیون، مانند فولاد ضد زنگ، فولاد مقاوم در برابر اسید، فولاد مقاوم در برابر حرارت، فولاد بلبرینگ، فولاد فنر، فولاد ابزار و غیره استفاده می‌شود. کروم می‌تواند خواص مکانیکی و مقاومت در برابر سایش فولاد را افزایش دهد. کروم فلزی عمدتاً برای ذوب آلیاژهای ویژه با کبالت، نیکل، تنگستن و سایر عناصر استفاده می‌شود. آبکاری کروم و کروم کاری می‌تواند باعث شود فولاد، مس، آلومینیوم و سایر فلزات سطحی مقاوم در برابر خوردگی ایجاد کنند که درخشان و زیبا باشد.

در صنعت نسوز، سنگ معدن کروم یک ماده نسوز مهم است که برای ساخت آجرهای کرومی، آجرهای منیزیا کرومی، نسوزهای پیشرفته و سایر مواد نسوز ویژه (بتن کرومی) استفاده می‌شود. نسوزهای پایه کروم عمدتاً شامل آجرهایی با سنگ معدن کروم و منیزیا، کلینکر منیزیا-کروم متخلخل، آجرهای منیزیا-کروم مذاب، آجرهای منیزیا-کروم مذاب، آسیاب شده ریز و سپس متصل شده هستند. آنها به طور گسترده در کوره‌های روباز، کوره‌های القایی و غیره استفاده می‌شوند. مبدل متالورژی و پوشش کوره دوار صنعت سیمان و غیره.

در صنعت ریخته‌گری، سنگ معدن کروم در طول فرآیند ریخته‌گری با سایر عناصر موجود در فولاد مذاب واکنش نشان نمی‌دهد، ضریب انبساط حرارتی پایینی دارد، در برابر نفوذ فلز مقاوم است و عملکرد خنک‌کنندگی بهتری نسبت به زیرکن دارد. سنگ معدن کروم برای ریخته‌گری الزامات سختگیرانه‌ای در مورد ترکیب شیمیایی و توزیع اندازه ذرات دارد.

در صنایع شیمیایی، مستقیم‌ترین کاربرد کروم، تولید محلول دی‌کرومات سدیم (Na2Cr2O7·H2O) و سپس تهیه سایر ترکیبات کروم برای استفاده در صنایعی مانند رنگدانه‌ها، نساجی، آبکاری الکتریکی و چرم‌سازی و همچنین کاتالیزورها است.

پودر سنگ معدن کروم که به خوبی آسیاب شده است، یک عامل رنگ طبیعی در تولید شیشه، سرامیک و کاشی‌های لعاب‌دار است. هنگامی که از دی‌کرومات سدیم برای تخریب چرم استفاده می‌شود، پروتئین (کلاژن) و کربوهیدرات‌های موجود در چرم اصلی با مواد شیمیایی واکنش داده و یک کمپلکس پایدار تشکیل می‌دهند که اساس محصولات چرمی می‌شود. در صنعت نساجی، دی‌کرومات سدیم به عنوان یک ماده تثبیت‌کننده در رنگرزی پارچه استفاده می‌شود که می‌تواند مولکول‌های رنگ را به طور مؤثر به ترکیبات آلی متصل کند. همچنین می‌تواند به عنوان یک اکسیدان در ساخت رنگ‌ها و واسطه‌ها مورد استفاده قرار گیرد.

ماده معدنی کروم

بیش از ۵۰ نوع کانی حاوی کروم در طبیعت کشف شده است، اما بیشتر آنها دارای محتوای کروم کم و پراکندگی پراکنده هستند که ارزش استفاده صنعتی کمی دارد. این کانی‌های حاوی کروم به اکسیدها، کرومات‌ها و سیلیکات‌ها و همچنین تعداد کمی هیدروکسید، یدات، نیترید و سولفید تعلق دارند. در میان آنها، کانی‌های نیترید کروم و سولفید کروم فقط در شهاب سنگ‌ها یافت می‌شوند.

کرومیت به عنوان یک گونه معدنی در زیرخانواده سنگ معدن کروم، تنها کانی صنعتی مهم کروم است. فرمول شیمیایی نظری آن (MgFe)Cr2O4 است که در آن 68٪ Cr2O3 و 32٪ FeO وجود دارد. در ترکیب شیمیایی آن، کاتیون سه ظرفیتی عمدتاً Cr3+ است و اغلب جایگزینی‌های ایزومورفیک Al3+، Fe3+ و Mg2+، Fe2+ وجود دارد. در کرومیت تولید شده واقعی، بخشی از Fe2+ اغلب توسط Mg2+ جایگزین می‌شود و Cr3+ با درجات مختلفی توسط Al3+ و Fe3+ جایگزین می‌شود. درجه کامل جایگزینی ایزومورفیک در بین اجزای مختلف کرومیت ثابت نیست. کاتیون‌های کئوردیناسیونی مرتبه چهار عمدتاً منیزیم و آهن و جایگزینی ایزومورفیک کامل بین منیزیم-آهن هستند. طبق روش تقسیم چهارگانه، کرومیت را می‌توان به چهار زیرگروه تقسیم کرد: کرومیت منیزیم، کرومیت آهن-منیزیم، کرومیت مافیک-آهن و کرومیت آهن. علاوه بر این، کرومیت اغلب حاوی مقدار کمی منگنز است، ترکیبی همگن از تیتانیوم، وانادیوم و روی. ساختار کرومیت از نوع اسپینل معمولی است.

۴. استاندارد کیفیت کنسانتره کروم

بر اساس روش‌های مختلف فرآوری (کانی‌سازی و سنگ معدن طبیعی)، سنگ معدن کروم برای متالورژی به دو نوع تقسیم می‌شود: کنسانتره (G) و سنگ معدن توده‌ای (K). به جدول زیر مراجعه کنید.

الزامات کیفی برای سنگ معدن کرومیت برای متالورژی

فناوری فرآوری سنگ معدن کروم

۱) انتخاب مجدد
در حال حاضر، جداسازی ثقلی جایگاه مهمی در فرآوری سنگ معدن کروم دارد. روش جداسازی ثقلی، که از لایه‌بندی سست در محیط آبی به عنوان رفتار اساسی استفاده می‌کند، هنوز روش اصلی برای غنی‌سازی سنگ معدن کروم در سراسر جهان است. تجهیزات جداسازی ثقلی یک ناودان مارپیچی و یک تغلیظ‌کننده گریز از مرکز است و محدوده اندازه ذرات فرآوری نسبتاً وسیع است. به طور کلی، اختلاف چگالی بین کانی‌های کروم و کانی‌های باطله بیشتر از 0.8 گرم بر سانتی‌متر مکعب است و جداسازی ثقلی هر اندازه ذره‌ای بزرگتر از 100 میکرومتر می‌تواند رضایت‌بخش باشد. نتیجه. سنگ معدن کلوخه‌های درشت (100 تا 0.5 میلی‌متر) با فرآوری سنگین-متوسط، که یک روش فرآوری بسیار اقتصادی است، دسته‌بندی یا از قبل انتخاب می‌شوند.

۲) جداسازی مغناطیسی
جداسازی مغناطیسی یک روش غنی‌سازی است که جداسازی مواد معدنی را در یک میدان مغناطیسی غیر یکنواخت بر اساس اختلاف مغناطیسی مواد معدنی موجود در سنگ معدن انجام می‌دهد. کرومیت خواص مغناطیسی ضعیفی دارد و می‌توان آن را با جداکننده‌های مغناطیسی با گرادیان بالا حلقه‌ای عمودی، جداکننده‌های مغناطیسی صفحه مرطوب و سایر تجهیزات جدا کرد. ضرایب حساسیت مغناطیسی ویژه مواد معدنی کروم تولید شده در مناطق مختلف تولیدکننده سنگ معدن کروم در جهان تفاوت چندانی با هم ندارند و مشابه ضرایب حساسیت مغناطیسی ویژه ولفرامیت و ولفرامیت تولید شده در مناطق مختلف هستند.

دو حالت در استفاده از جداسازی مغناطیسی برای به دست آوردن کنسانتره کروم با عیار بالا وجود دارد: یکی حذف کانی‌های مغناطیسی قوی (عمدتاً مگنتیت) در سنگ معدن تحت یک میدان مغناطیسی ضعیف برای افزایش نسبت فروکروم و دیگری استفاده از یک میدان مغناطیسی قوی. جداسازی کانی‌های باطله و بازیابی سنگ معدن کروم (کانی‌های مغناطیسی ضعیف).

۳) انتخاب الکتریکی
جداسازی الکتریکی روشی برای جداسازی سنگ معدن کروم و کانی‌های باطله سیلیکاتی با استفاده از خواص الکتریکی کانی‌ها، مانند تفاوت در رسانایی و ثابت دی‌الکتریک است.

۴) شناورسازی
در فرآیند جداسازی ثقلی، سنگ معدن کرومیت ریزدانه (-100um) اغلب به عنوان باطله دور ریخته می‌شود، اما کرومیت با این اندازه هنوز ارزش استفاده بالایی دارد، بنابراین روش شناورسازی می‌تواند برای بازیابی سنگ معدن کرومیت دانه‌ای ریز با عیار پایین استفاده شود. شناورسازی سنگ معدن کروم با 20٪ ~ 40٪ Cr2O3 در باطله‌ها و کانی‌های سرپانتین، الیوین، روتیل و کربنات کلسیم منیزیم به عنوان کانی‌های باطله انجام می‌شود. سنگ معدن تا 200 میکرومتر آسیاب می‌شود، از آب شیشه‌ای، فسفات، متافسفات، فلوروسیلیکات و غیره برای پراکنده کردن و مهار لجن استفاده می‌شود و از اسید چرب غیراشباع به عنوان جمع‌کننده استفاده می‌شود. پراکنده کردن و سرکوب لجن باطله برای فرآیند شناورسازی بسیار مهم است. یون‌های فلزی مانند آهن و سرب می‌توانند کرومیت را فعال کنند. وقتی مقدار pH دوغاب زیر 6 باشد، کرومیت به سختی شناور می‌شود. به طور خلاصه، مصرف معرف فلوتاسیون زیاد است، عیار کنسانتره ناپایدار است و نرخ بازیابی پایین است. Ca2+ و Mg2+ حل شده از کانی‌های باطله، گزینش‌پذیری فرآیند فلوتاسیون را کاهش می‌دهند.

۵) فرآوری شیمیایی
روش شیمیایی، فرآوری مستقیم سنگ معدن کرومیت خاصی است که نمی‌توان آن را با روش فیزیکی جدا کرد یا هزینه روش فیزیکی نسبتاً بالا است. نسبت Cr/Fe کنسانتره تولید شده با روش شیمیایی بیشتر از روش فیزیکی معمولی است. روش‌های شیمیایی شامل موارد زیر است: لیچینگ انتخابی، کاهش اکسیداسیون، جداسازی ذوب، لیچینگ اسید سولفوریک و اسید کرومیک، کاهش و لیچینگ اسید سولفوریک و غیره. ترکیب روش‌های فیزیکی-شیمیایی و فرآوری مستقیم سنگ معدن کروم با روش‌های شیمیایی، یکی از روندهای اصلی در فرآوری کرومیت امروزی است. روش‌های شیمیایی می‌توانند کروم را مستقیماً از سنگ معدن استخراج کرده و کاربید کروم و اکسید کروم تولید کنند.