Kovový profil: Chróm

Chromitová ruda v bani Hernic Ferrochrome v Južnej Afrike.

Terence Bell

Kovový chróm je najviac uznávaný pre svoje použitie pri pokovovaní chrómom (ktoré sa často označuje jednoducho ako „chróm“), ale jeho najväčšie využitie je ako zložka v nehrdzavejúce ocele . Obe aplikácie ťažia z tvrdosti chrómu, odolnosti vočikoróziaa schopnosť leštenia pre lesklý vzhľad.

Vlastnosti

• Atómový symbol: Cr
• Atómové číslo: 24
• Atómová hmotnosť: 51,996 g/mol¹
• Kategória prvku: Prechodový kov
• Hustota: 7,19 g/cm³pri 20°C
• Teplota topenia: 3465 °F (1907 °C)
• Bod varu: 4840 °F (2671 °C)
• Mohova tvrdosť: 5,5

Charakteristika

Chróm je tvrdý sivý kov, ktorý je cenený pre svoju neuveriteľnú odolnosť voči korózii. Čistý chróm je magnetický a krehký, ale po legovaní sa dá vyrobiť kujný a vyleštené do svetlého, strieborného povrchu.

Chromium odvodzuje svoj názov od chróm, grécke slovo znamenajúce farbu vďaka svojej schopnosti produkovať živé, farebné zlúčeniny, ako je oxid chrómový.

História

V roku 1797 francúzsky chemik Nicolas-Louis Vauguelin vyrobil prvý čistý chróm tak, že ošetril krokoit (minerál obsahujúci chróm) uhličitanom draselným a potom redukoval výslednú kyselinu chrómovú uhlíkom v grafitovom tégliku.

Zatiaľ čo zlúčeniny chrómu sa používajú vo farbách a farbách už tisíce rokov, až po Vauguelinovom objave sa použitie chrómu v kovových aplikáciách začalo rozvíjať. Koncom 19. a začiatkom 20. storočia metalurgovia v Európe aktívne experimentovali s kovom zliatin , snažiac sa vyrábať pevnejšie a odolnejšie ocele .

V roku 1912, keď pracoval vo Firth Brown Laboratories vo Veľkej Británii, mal metalurg Harry Brearley za úlohu nájsť odolnejší kov pre hlavne zbrane. Do tradičnej uhlíkovej ocele pridal chróm, o ktorom bolo známe, že má vysoký bod topenia, čím vytvoril prvú nehrdzavejúcu oceľ. Avšak približne v rovnakom čase iní, vrátane Elwooda Haynesa v USA a inžinierov v Kruppe v Nemecku, tiež vyvíjali zliatiny ocele obsahujúce chróm. S rozvojom elektrickej oblúkovej pece nasledovala krátko na to veľkovýroba nehrdzavejúcej ocele.

V tom istom období sa robil aj výskum galvanických kovov, čo umožnilo lacnejšie kovy, ako napr železo a nikel Prevziať do svojho exteriéru odolnosť chrómu voči oderu a korózii, ako aj jeho estetické vlastnosti. Prvé chrómové prvky sa objavili na autách a špičkových hodinách koncom 20. rokov minulého storočia.

Výroba

Priemyselné produkty z chrómu zahŕňajú kovový chróm, ferochróm, chrómové chemikálie a zlievarenské piesky. V posledných rokoch existuje trend smerom k väčšej vertikálnej integrácii vo výrobe chrómových materiálov. To znamená, že viac spoločností sa zaoberá ťažbou chromitovej rudy, ktorá ju tiež spracováva na chrómový kov, ferochróm a v konečnom dôsledku na nehrdzavejúcu oceľ.

V roku 2010 celosvetová produkcia chromitovej rudy (FeCr_dvaO₄), primárny minerál vyťažený na výrobu chrómu bol 25 miliónov ton. Výroba ferochrómu bola približne 7 miliónov ton, zatiaľ čo výroba kovového chrómu bola približne 40 000 ton. Ferochróm sa vyrába výlučne pomocou elektrických oblúkových pecí, zatiaľ čo kovový chróm možno vyrábať elektrolytickými, silikotermickými a aluminotermickými metódami.

Pri výrobe ferochrómu vzniká teplo v elektrických oblúkových peciach, ktoré dosahuje 5070 ° F (2800 ° C), spôsobuje, že uhlie a koks redukujú chrómovú rudu prostredníctvom karbotermickej reakcie. Po natavení dostatočného množstva materiálu v nísteji pece sa roztavený kov vypustí a stuhne vo veľkých odliatkoch pred drvením.

Aluminotermická výroba vysoko čistého chrómového kovu predstavuje viac ako 95 % dnes vyrábaného chrómového kovu. Prvý krok v tomto procese vyžaduje praženie chromitovej rudy so sódou a vápnom na vzduchu pri 2000 ° F (1000 ° C), čím vzniká chróman sodný obsahujúci kalcín. Môže sa vylúhovať z odpadového materiálu a potom redukovať a vyzrážať ako oxid chrómový (Cr_dvaO₃).

Oxid chrómový sa potom zmieša s práškom hliník a vložte do veľkého hlineného téglika. Peroxid bárnatý a horčík prášok sa potom nanesie na zmes a téglik sa obklopí pieskom (ktorý pôsobí ako izolácia).

Zmes sa zapáli, čo vedie k tomu, že kyslík z oxidu chrómového reaguje s hliníkom za vzniku oxidu hlinitého a tým sa uvoľňuje roztavený kovový chróm, ktorý má čistotu 97 až 99 %.

Podľa štatistík US Geological Survey boli najväčšími producentmi chromitovej rudy v roku 2009 Južná Afrika (33 %), India (20 %) a Kazachstan (17 %). Medzi najväčšie spoločnosti vyrábajúce ferochróm patria Xstrata, Eurasian Natural Resources Corp. (Kazachstan), Samancor (Južná Afrika) a Hernic Ferrochrome (Južná Afrika).

Aplikácie

Podľa Medzinárodného združenia pre rozvoj chrómu z celkovej vyťaženej chromitovej rudy v roku 2009 spotreboval hutnícky priemysel 95,2 %, žiaruvzdorný a zlievarenský priemysel 3,2 % a chemickí výrobcovia 1,6 %. Hlavné použitie chrómu je v nehrdzavejúcej oceli, legovanej oceli a neželezných zliatinách.

Nehrdzavejúce ocele predstavujú rad ocelí, ktoré obsahujú 10 % až 30 % chrómu (podľa hmotnosti) a ktoré nekorodujú ani nehrdzavejú tak ľahko ako bežné ocele. Existuje 150 až 200 rôznych zložení nehrdzavejúcej ocele, hoci len asi 10 % z nich sa bežne používa.

Obchodné názvy superzliatiny Chromium

Obchodné meno	Obsah chrómu (% hmotnosti)
Hastelloy-X	22
WI-52	dvadsaťjeden
Waspaloy	dvadsať
Nimonic	dvadsať
IN-718	19
Nehrdzavejúce ocele	17-25
Inconel	14-24
Udimet-700	pätnásť

Zdroje:

Sully, Arthur Henry a Eric A. Brandes. Chromium . Londýn: Butterworths, 1954.

Ulica, Arthur. & Alexander, W. O. 1944. Kovy v službách človeka . 11. vydanie (1998).

International Chromium Development Association (ICDA).

Zdroj: www.icdacr.com