Kovinski profil: krom

Kromitna ruda v rudniku Hernic Ferrochrome v Južni Afriki.

Terence Bell

Kovinski krom je najbolj znan po svoji uporabi pri kromiranju (ki se pogosto imenuje preprosto 'krom'), vendar se največ uporablja kot sestavina v nerjavna jekla . Obe aplikaciji koristita kromova trdota, odpornost nakorozija, in možnost poliranja za sijoč videz.

Lastnosti

• Atomski simbol: Cr
• Atomsko število: 24
• Atomska masa: 51,996 g/mol¹
• Kategorija elementa: Prehodna kovina
• Gostota: 7,19g/cm³pri 20°C
• Tališče: 3465°F (1907°C)
• Vrelišče: 4840°F (2671°C)
• Mohova trdota: 5,5

Značilnosti

Krom je trda siva kovina, ki je cenjena zaradi neverjetne odpornosti proti koroziji. Čisti krom je magneten in krhek, vendar ga je mogoče izdelati, ko je legiran upogljiva in polirani do svetleče, srebrnaste barve.

Chromium izhaja iz imena krom, grška beseda, ki pomeni barva, zaradi svoje sposobnosti proizvajanja živih, barvitih spojin, kot je kromov oksid.

Zgodovina

Leta 1797 je francoski kemik Nicolas-Louis Vauguelin izdelal prvo čisto kovino krom z obdelavo krokoita (mineral, ki vsebuje krom) s kalijevim karbonatom in nato redukcijo nastale kromove kisline z ogljikom v grafitnem lončku.

Medtem ko so se kromove spojine uporabljale v barvilih in barvah že tisoče let, se je uporaba kroma v kovinskih aplikacijah začela razvijati šele precej po Vauguelinovem odkritju. V poznem 19. in zgodnjem 20. stoletju so metalurgi v Evropi aktivno eksperimentirali s kovino zlitine , poskušajo izdelati močnejše in vzdržljivejše jekla .

Leta 1912, ko je delal v Firth Brown Laboratories v Združenem kraljestvu, je metalurg Harry Brearley dobil nalogo najti bolj prožno kovino za cevi pušk. Tradicionalnemu ogljikovemu jeklu je dodal krom, za katerega je bilo znano, da ima visoko tališče, in tako proizvedel prvo nerjavno jeklo. Vendar pa so približno v istem času drugi, vključno z Elwoodom Haynesom v ZDA in inženirji pri Kruppu v Nemčiji, prav tako razvijali jeklene zlitine, ki vsebujejo krom. Z razvojem elektroobločne peči je kmalu zatem sledila obsežna proizvodnja nerjavnega jekla.

V istem obdobju so potekale tudi raziskave galvaniziranja kovin, ki so omogočale cenejše kovine, kot je npr železo in nikelj , da na svojo zunanjost prevzamejo odpornost kroma proti obrabi in koroziji ter njegove estetske lastnosti. Prve kromirane poteze so se pojavile na avtomobilih in vrhunskih urah v poznih dvajsetih letih prejšnjega stoletja.

Proizvodnja

Industrijski izdelki iz kroma vključujejo kovinski krom, ferokrom, kromove kemikalije in livarski pesek. V zadnjih letih se je v proizvodnji kromovih materialov pojavil trend večje vertikalne integracije. To pomeni, da je več podjetij vključenih v rudarjenje kromitne rude, ki jo tudi predelujejo v kovinski krom, ferokrom in na koncu nerjavno jeklo.

Leta 2010 je svetovna proizvodnja kromitne rude (FeCr_dvaO₄), primarni mineral, pridobljen za proizvodnjo kroma, je znašal 25 milijonov ton. Proizvodnja ferokroma je znašala okoli 7 milijonov ton, proizvodnja kovinskega kroma pa približno 40.000 ton. Ferrokrom se proizvaja izključno z elektroobločnimi pečmi, kovinski krom pa se lahko proizvaja z elektrolitskimi, silikotermičnimi in aluminotermičnimi metodami.

Med proizvodnjo ferokroma se toplota, ki jo ustvarijo elektroobločne peči, doseže 5070 ° F (2800 ° C), povzroči, da premog in koks reducirata kromovo rudo s karbotermično reakcijo. Ko je dovolj materiala raztopljenega v kurišču peči, se staljena kovina izlije in strdi v velikih ulitkih, preden se zdrobi.

Aluminotermična proizvodnja kovinskega kroma visoke čistosti predstavlja več kot 95 % danes proizvedenega kovinskega kroma. Prvi korak v tem procesu zahteva, da se kromitna ruda praži s sodo in apnom na zraku pri 2000 ° F (1000 ° C), ki ustvari natrijev kromat, ki vsebuje kalcin. Lahko se izluži iz odpadnega materiala in nato reducira ter obori kot kromov oksid (Cr_dvaO₃).

Kromov oksid se nato zmeša s prahom aluminij in dajte v velik glinen lonček. Barijev peroksid in magnezij prašek nato razporedimo po mešanici, lonček pa obdamo s peskom (ki deluje kot izolacija).

Zmes se vžge, zaradi česar kisik iz kromovega oksida reagira z aluminijem, da nastane aluminijev oksid in s tem sprosti staljeno kromovo kovino, ki je čista 97-99 %.

Po statističnih podatkih Geološkega zavoda ZDA so bile največje proizvajalke kromitne rude v letu 2009 Južna Afrika (33 %), Indija (20 %) in Kazahstan (17 %). Največja podjetja za proizvodnjo ferokroma so Xstrata, Eurasian Natural Resources Corp. (Kazahstan), Samancor (Južna Afrika) in Hernic Ferrochrome (Južna Afrika).

Aplikacije

Po podatkih Mednarodnega razvojnega združenja za krom je od celotne kromitne rude, pridobljene leta 2009, 95,2 % porabila metalurška industrija, 3,2 % ognjevzdržna in livarska industrija ter 1,6 % proizvajalci kemikalij. Glavna uporaba kroma je v nerjavnih jeklih, legiranih jeklih in neželeznih zlitinah.

Nerjavna jekla se nanašajo na vrsto jekel, ki vsebujejo med 10 % in 30 % kroma (po masi) in ki ne korodirajo ali rjavijo tako zlahka kot običajna jekla. Obstaja med 150 in 200 različnih sestav nerjavečega jekla, čeprav je le okoli 10 % teh v redni uporabi.

Trgovska imena kromovih superzlitin

Trgovsko ime	Vsebnost kroma (% teže)
Hastelloy-X	22
WI-52	enaindvajset
Waspaloy	dvajset
Nimonic	dvajset
IN-718	19
Nerjavna jekla	17-25
Inconel	14-24
Udimet-700	petnajst

Viri:

Sully, Arthur Henry in Eric A. Brandes. Chromium . London: Butterworths, 1954.

Ulica, Arthur. & Alexander, W. O. 1944. Kovine v službi človeka . 11. izdaja (1998).

Mednarodno združenje za razvoj kroma (ICDA).

Vir: www.icdacr.com