Μεταλλικό προφίλ: Χρώμιο - Ιδιότητες, Ιστορία & Περισσότερα

Το μεταλλικό χρώμιο αναγνωρίζεται ευρέως για τη χρήση του σε χρώμιο (που συχνά αναφέρεται απλώς ως «χρώμιο»), αλλά η μεγαλύτερη χρήση του είναι ως συστατικό ανοξείδωτων χαλύβων. Και οι δύο εφαρμογές επωφελούνται από τη σκληρότητα του χρωμίου, την ανθεκτικότητα στη διάβρωση και την ικανότητα να γυαλιστούν για λαμπερή εμφάνιση.

Ιδιότητες

• Ατομικό σύμβολο: Cr
• Ατομικός αριθμός: 24
• Ατομική μάζα: 51,996 g / mol¹
• Στοιχείο Κατηγορία: μεταβατικό μέταλλο

• Πυκνότητα: 7,19 g / cm³ στους 20 ° C
• Σημείο τήξης: 3465 ° F (1907 ° C)
• Σημείο βρασμού: 4840 ° F (2671 ° C)
• Η σκληρότητα του Moh: 5.5

Χαρακτηριστικά

Το χρώμιο είναι ένα σκληρό, γκρι μέταλλο που αποτιμάται για την απίστευτη αντίσταση στη διάβρωση. Το καθαρό χρώμιο είναι μαγνητικό και εύθραυστο, αλλά όταν το κράμα μπορεί να γίνει εύπλαστο και γυαλισμένο σε ένα φωτεινό, ασημένιο φινίρισμα.

Το χρώμιο αποκτά το όνομά του από khrōma, μια ελληνική λέξη που σημαίνει χρώμα, λόγω της ικανότητάς της να παράγει ζωντανές, πολύχρωμες ενώσεις, όπως το οξείδιο του χρωμίου.

Ιστορία

Το 1797, ο γάλλος χημικός Nicolas-Louis Vauguelin παρήγαγε το πρώτο καθαρό μέταλλο χρωμίου επεξεργάζοντας κροκοίτη (ένα μετάλλευμα που περιέχει χρώμιο) με ανθρακικό κάλιο και στη συνέχεια μειώνοντας το προκύπτον χρωμικό οξύ με άνθρακα σε χωνευτήριο γραφίτη.

Ενώ οι ενώσεις χρωμίου έχουν χρησιμοποιηθεί σε χρωστικές και χρώματα για χιλιάδες χρόνια, δεν άρχισε να αναπτύσσεται μετά από την ανακάλυψη του Vauguelin ότι η χρήση χρωμίου στις μεταλλικές εφαρμογές.

Στα τέλη του 19ου και στις αρχές του 20ου αιώνα, οι μεταλλουργοί στην Ευρώπη πειραματίζονταν ενεργά με κράματα μετάλλων προσπαθώντας να παράγουν ισχυρότερους και πιο ανθεκτικούς χάλυβες.

Το 1912, ενώ εργαζόταν στα Firth Brown Laboratories στο Ηνωμένο Βασίλειο, ο μεταλλουργός Harry Brearley ανατέθηκε να βρει ένα πιο ανθεκτικό μέταλλο για βαρέλια πυροβόλων όπλων.

Προσθέτει το χρώμιο, το οποίο ήταν γνωστό ότι έχει υψηλό σημείο τήξης, στον παραδοσιακό ανθρακούχο χάλυβα, παράγοντας τον πρώτο ανοξείδωτο χάλυβα. Ωστόσο, κατά τον ίδιο περίπου χρόνο, άλλοι, όπως ο Elwood Haynes στις ΗΠΑ και οι μηχανικοί στο Krupp στη Γερμανία, είχαν επίσης αναπτύξει κράματα χάλυβα που περιέχουν χρώμιο. Με την ανάπτυξη του κλιβάνου ηλεκτρικού τόξου ακολούθησε μεγάλη παραγωγή ανοξείδωτου χάλυβα λίγο αργότερα.

Κατά την ίδια περίοδο, διεξήχθησαν επίσης έρευνες για τα ηλεκτρολυτικά μέταλλα, τα οποία επέτρεψαν φθηνότερα μέταλλα, όπως ο σίδηρος και το νικέλιο, να υιοθετήσουν την αντίσταση του εξωτερικού χρωμίου τους στην τριβή και τη διάβρωση, καθώς και τις αισθητικές του ιδιότητες. Τα πρώτα χαρακτηριστικά χρωμίου εμφανίστηκαν στα αυτοκίνητα και στα ρολόγια υψηλής τεχνολογίας στα τέλη της δεκαετίας του 1920.

Παραγωγή

Τα βιομηχανικά προϊόντα χρωμίου περιλαμβάνουν μεταλλικό χρώμιο, σιδηροχρώμιο, χημικά χρώμιο και άμμο χυτηρίου. Τα τελευταία χρόνια, υπήρξε μια τάση προς μεγαλύτερη κάθετη ολοκλήρωση στην παραγωγή υλικών χρωμίου. Δηλαδή, περισσότερες επιχειρήσεις που ασχολούνται με την εξόρυξη μεταλλεύματος χρωμίτη επεξεργάζονται επίσης το μέταλλο του χρωμίου, το σιδηροχρώμιο και, τελικά, τον ανοξείδωτο χάλυβα.

Το 2010, η παγκόσμια παραγωγή χρωμιτικού μετάλλου (FeCr₂Not not τηot notkykykykykyot τηotot not notky notot not₄), το πρωτογενές ορυκτό που εξήχθη για παραγωγή χρωμίου ήταν 25 εκατομμύρια τόνοι.

Η παραγωγή σιδηροχρωμίου ήταν περίπου 7 εκατομμύρια τόνοι, ενώ η παραγωγή μεταλλικού χρωμίου ήταν περίπου 40.000 τόνοι. Το σιδηροχρώμιο παράγεται αποκλειστικά με φούρνους ηλεκτρικού τόξου, ενώ το μεταλλικό χρώμιο μπορεί να παραχθεί μέσω ηλεκτρολυτικών, πυριτιο-θερμικών και αλουμινοθερμικών μεθόδων.

Κατά την παραγωγή σιδηροχρωμίου, η θερμότητα που δημιουργείται από ηλεκτρικούς φούρνους τόξου, η οποία φτάνει τα 5070°F (2800°C), αναγκάζει τον άνθρακα και τον οπτάνθρακα να μειώσουν το μετάλλευμα χρωμίου μέσω καρβοθερμικής αντίδρασης. Μόλις έχει χυθεί αρκετό υλικό στην εστία κλιβάνου, το λιωμένο μέταλλο αποστραγγίζεται και στερεοποιείται σε μεγάλα χυτά πριν σπάσει.

Η αλουμινοθερμική παραγωγή μεταλλικού χρωμίου υψηλής καθαρότητας αντιπροσωπεύει πάνω από το 95% του μεταλλικού χρωμίου που παράγεται σήμερα. Το πρώτο βήμα αυτής της διαδικασίας απαιτεί το χρυσοχρώμα να ψήνεται με σόδα και ασβέστη στον αέρα το 2000°F (1000°C), το οποίο δημιουργεί χαλκό νάτριο που περιέχει ασβέστιο.

Μπορεί να απομακρυνθεί από το απόβλητο υλικό και μετά να μειωθεί και να κατακρημνιστεί ως χρωμικό οξείδιο (Cr₂Not not τηot notkykykykykyot τηotot not notky notot not₃).

Το χρωμικό οξείδιο στη συνέχεια αναμιγνύεται με κονιοποιημένο αλουμίνιο και τοποθετείται σε ένα μεγάλο πήλινο χωνευτήριο. Το υπεροξείδιο του βαρίου και η σκόνη μαγνησίου απλώνονται στη συνέχεια στο μείγμα και το χωνευτήριο περιβάλλεται από άμμο (που λειτουργεί ως μόνωση).

Το μείγμα αναφλέγεται, με αποτέλεσμα το οξυγόνο από το χρωμικό οξείδιο να αντιδρά με το αλουμίνιο για να παράγει οξείδιο του αργιλίου και, ως εκ τούτου, απελευθερώνει τηγμένο μεταλλικό χρώμιο το οποίο είναι 97-99% καθαρό.

Σύμφωνα με τα στατιστικά στοιχεία της Γεωγραφικής Έρευνας των ΗΠΑ, οι μεγαλύτεροι παραγωγοί μεταλλικών χρωμιτών το 2009 ήταν η Νότια Αφρική (33%), η Ινδία (20%) και το Καζακστάν (17%). Οι μεγαλύτερες εταιρείες παραγωγής σιδηροχρωμίου περιλαμβάνουν τις εταιρείες Xstrata, Eurasian Natural Resources Corp. (Καζακστάν), Samancor (Νότια Αφρική) και Hernic Ferrochrome (Νότια Αφρική).

Εφαρμογές

Σύμφωνα με τη Διεθνή Ένωση Αναπτύξεως για το χρώμιο, από το συνολικό χρωμιτικό μετάλλευμα που εξήχθη το 2009, το 95,2% καταναλώθηκε από τη μεταλλουργία, το 3,2% από την πυρίμαχο και χυτήριο και το 1,6% από τους παραγωγούς χημικών. Οι κύριες χρήσεις του χρωμίου είναι σε ανοξείδωτους χάλυβες, σε κράμα χάλυβα και σε μη σιδηρούχα κράματα.

Οι ανοξείδωτοι χάλυβες αναφέρονται σε μια σειρά χαλύβων που περιέχουν μεταξύ 10% και 30% χρώμιο (κατά βάρος) και δεν διαβρώνουν ή σκουριάζουν τόσο εύκολα όσο οι κανονικοί χάλυβες.Μεταξύ 150 και 200 ​​διαφορετικών συνθέσεων από ανοξείδωτο χάλυβα υπάρχουν, αν και μόνο το 10% αυτών είναι σε κανονική χρήση.

Ονομα ονόματα εμπορίου χρωμίου Superalloy

Εμπορική ονομασία	Περιεκτικότητα σε χρώμιο (% Βάρος)
Hastelloy-Χ®	22
WI-52®	21
Waspaloy®	20
Nimonic®	20
IN-718®	19
Ανοξείδωτοι χάλυβες	17-25
Inconel®	14-24
Udimet-700®	15

Πηγές:

Sully, Άρθουρ Χένρι και Eric A. Brandes. Χρώμιο . Λονδίνο: Butterworths, 1954.

Οδός, Άρθουρ. & Alexander, W. Ο. 1944. Μέταλλα στην υπηρεσία του ανθρώπου . 11η έκδοση (1998).

Η Διεθνής Ένωση για την Ανάπτυξη του Χρώμιου (ICDA).

Πηγή: www.icdacr.com