معدن الكروم معترف به على نطاق واسع لاستخدامه في الطلاء بالكروم (والذي غالبا ما يشار إليه ببساطة باسم "الكروم") ، ولكن استخدامه الأكبر هو كمكون في الفولاذ المقاوم للصدأ . يستفيد كلا التطبيقين من صلابة الكروم ومقاومته للتآكل والقدرة على تلميعه للحصول على مظهر لامع.
الخصائص
- الرمز الذري: Cr
- العدد الذري: 24
- الكتلة الذرية: 51.996g / mol 1
- فئة العنصر: المعادن الانتقالية
- الكثافة: 7.19 جم / سم 3 عند 20 درجة مئوية
- نقطة الانصهار: 3465 درجة فهرنهايت (1907 درجة مئوية)
- نقطة الغليان: 4840 فهرنهايت (2671 درجة مئوية)
- صلابة محمد: 5.5
مميزات
يعد الكروم معدنًا صلبًا رماديًا يُقدر بمقاومته المذهلة للتآكل. يعتبر الكروم النقي مغناطيسيًا وهشًا ، ولكن عندما يكون من الممكن تصنيع سبائك ، فإنه يمكن تلميعه وصقله إلى تشطيب فضي لامع.
يستمد Chromium اسمه من khrōma ، وهي كلمة يونانية تعني اللون ، نظرًا لقدرته على إنتاج مركبات نابضة بالحياة وملونة ، مثل أكسيد الكروم.
التاريخ
في عام 1797 ، أنتج الكيميائي الفرنسي نيكولاس لويس فوجيلن أول معدن كروم نقي من خلال معالجة crocoite (معدن يحتوي على الكروم) مع كربونات البوتاسيوم ومن ثم تقليل حمض الكروميك الناتج مع الكربون في بوتقة الجرافيت.
في حين تم استخدام مركبات الكروم في الصبغات والدهانات منذ آلاف السنين ، لم يكن حتى بعد اكتشاف فاوجلوين جيدا أن استخدام الكروم في التطبيقات المعدنية بدأ في التطور.
في أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين ، كان علماء المعادن في أوروبا يجربون بنشاط السبائك المعدنية ، في محاولة لإنتاج فولاذ أقوى وأكثر دواما.
في عام 1912 ، أثناء عمله في مختبرات فيرث براون في المملكة المتحدة ، كلف عالم المعادن هاري بريليري بإيجاد معدن أكثر مرونة لبراميل البندقية.
وأضاف الكروم ، الذي كان يعرف أن يكون نقطة انصهار عالية ، إلى صلب الكربون التقليدي ، وإنتاج أول الفولاذ المقاوم للصدأ. ومع ذلك ، وفي الوقت نفسه تقريبًا ، كان آخرون ، بما في ذلك Elwood Haynes في الولايات المتحدة والمهندسين في Krupp في ألمانيا ، يطورون أيضًا سبائك فولاذية تحتوي على الكروم. مع تطوير فرن القوس الكهربائي ، وبعد فترة وجيزة من إنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ بعد ذلك.
وخلال الفترة نفسها ، تم إجراء أبحاث على معادن الطلاء الكهربائية ، والتي سمحت للمعادن الرخيصة ، مثل الحديد والنيكل ، بالتبني على مقاومة الكروم للخدوش والتآكل ، بالإضافة إلى صفاتها الجمالية. ظهرت ميزات الكروم الأولى على السيارات والساعات الراقية في أواخر 1920.
إنتاج
منتجات الكروم الصناعية تشمل معدن الكروم ، الفيروكروم ، والكيماويات الكروم ورمال مسبك. في السنوات الأخيرة ، كان هناك اتجاه نحو تكامل رأسي أكبر في إنتاج مواد الكروم. وهذا هو ، المزيد من الشركات تشارك في تعدين خام الكروميت يتم معالجتها أيضا إلى معدن الكروم ، ferrochrome ، وفي النهاية ، الفولاذ المقاوم للصدأ.
في عام 2010 الإنتاج العالمي لخام الكروميت (FeCr 2 O 4 ) ، كان المعدن الأساسي المستخرج لإنتاج الكروم 25 مليون طن.
بلغ إنتاج الفيروكروم حوالي 7 مليون طن ، في حين بلغ إنتاج معدن الكروم حوالي 40،000 طن. يتم إنتاج Ferrochromium فقط باستخدام أفران القوس الكهربائي ، في حين أن معدن الكروم يمكن أن ينتج عن طريق التحليل الكهربائي ، السيليكا ، الحرارية ، وطرق الألمنيوم.
أثناء إنتاج الفيروكروم ، فإن الحرارة الناتجة عن أفران القوس الكهربائي ، والتي تصل إلى 5070 درجة فهرنهايت (2800 درجة مئوية) ، تجعل الفحم وفحم الكوك يخفضان خام الكروم من خلال تفاعل كربوثرمي. بمجرد صهر المواد الكافية في موقد الفرن ، يتم تصريف المعدن المنصهر وتصليبه في قوالب كبيرة قبل أن يتم سحقه.
يمثل إنتاج Aluminothermic من معدن الكروم عالي النقاء أكثر من 95٪ من معدن الكروم المنتج اليوم. تتطلب الخطوة الأولى في هذه العملية أن يتم تحميص خام الكروميت بالصودا والجير في الهواء عند 2000 درجة فهرنهايت (1000 درجة مئوية) ، مما يخلق كرومات الصوديوم التي تحتوي على الكالسين.
يمكن أن يتم ترشيحها بعيدًا عن مواد النفايات ثم يتم تقليلها وترسبها كأكسيد كروم (Cr 2 O 3 ).
ثم يتم خلط أكسيد الكروم مع الألمنيوم المسحوق ووضعه في بوتقة طينية كبيرة. ثم ينتشر بيروكسيد الباريوم ومسحوق المغنيسيوم على الخليط ، وتحيط البوتقة بالرمل (الذي يعمل كعزل).
يتم إشعال الخليط ، مما يؤدي إلى تفاعل الأكسجين من أكسيد الكروم مع الألمنيوم لإنتاج أكسيد الألومنيوم ، وبالتالي تحرير معدن الكروم المصهور بنسبة 97-99٪.
ووفقًا لإحصاءات المسح الجيولوجي الأمريكية ، فإن أكبر منتجي خام الكروميت في عام 2009 كانوا جنوب إفريقيا (33٪) والهند (20٪) وكازاخستان (17٪). أكبر شركات إنتاج الفيروكروم تشمل Xstrata ، و Eurasian Natural Resources Corp. (كازاخستان) ، Samancor (جنوب أفريقيا) ، و Hernic Ferrochrome (جنوب أفريقيا).
تطبيقات
وفقا لرابطة التنمية الدولية للكروم ، من إجمالي خام الكروميت المستخلص في عام 2009 ، استهلكت الصناعة المعدنية 95.2 ٪ ، 3.2 ٪ من صناعة الحراريات وصناعة السبك ، و 1.6 ٪ من قبل منتجي المواد الكيميائية. الاستخدامات الرئيسية للكروم هي في الفولاذ المقاوم للصدأ ، والسبائك الفولاذ ، والسبائك اللاحديدية.
يشير الفولاذ المقاوم للصدأ إلى مجموعة من الفولاذ التي تحتوي على ما بين 10 ٪ إلى 30 ٪ من الكروم (من حيث الوزن) والتي لا تتآكل أو تآكل بسهولة مثل الفولاذ العادي. توجد بين 150 و 200 تركيبة مختلفة من الفولاذ المقاوم للصدأ ، على الرغم من أن حوالي 10٪ منها فقط تستخدم بشكل منتظم.
مصادر:
سولي ، آرثر هنري ، وإيريك ألف براندس. الكروم . لندن: بتروورثز ، 1954.
شارع ، آرثر. & Alexander، WO 1944. Metals in the Service of Man . الطبعة ال 11 (1998).
الرابطة الدولية لتنمية الكروم (ICDA).
المصدر: www.icdacr.com
أسماء Chromium Superalloy التجارية
| اسم تجاري | محتوى الكروم (الوزن) |
|---|---|
| HASTELLOY-X® | 22 |
| WI-52® | 21 |
| Waspaloy® | 20 |
| Nimonic® | 20 |
| IN-718® | 19 |
| الفولاذ المقاوم للصدأ | 17-25 |
| Inconel® | 14-24 |
| Udimet-700® | 15 |