La natura del cromo
Il cromo, simbolo elementare Cr, numero atomico 24, massa atomica relativa 51,996, appartiene all'elemento di transizione del gruppo VIB della tavola periodica degli elementi chimici. Il cromo metallico è un cristallo cubico a corpo centrato, di colore bianco argenteo, con densità 7,1 g/cm³, punto di fusione 1860 °C, punto di ebollizione 2680 °C, capacità termica specifica a 25 °C 23,35 J/(mol·K), calore di vaporizzazione 342,1 kJ/mol, conducibilità termica 91,3 W/(m·K) (0-100 °C), resistività (20 °C) 13,2 μΩ·cm, e possiede buone proprietà meccaniche.
Esistono cinque stati di ossidazione del cromo: +2, +3, +4, +5 e +6. In condizioni di azione endogena, il cromo si trova generalmente nello stato di ossidazione +3. I composti con cromo trivalente sono i più stabili. I composti con cromo esavalente, inclusi i sali di cromo, presentano forti proprietà ossidanti. I raggi ionici di Cr3+, Al3+ e Fe3+ sono simili, pertanto possono presentare un'ampia gamma di analogie. Inoltre, gli elementi che possono sostituire il cromo sono manganese, magnesio, nichel, cobalto, zinco, ecc., quindi il cromo è ampiamente distribuito nei minerali di silicato di magnesio e ferro e nei minerali accessori.
Applicazione
Il cromo è uno dei metalli più utilizzati nell'industria moderna. Viene impiegato principalmente nella produzione di acciaio inossidabile e di varie leghe di acciaio sotto forma di ferroleghe (come il ferrocromo). Il cromo possiede le caratteristiche di durezza, resistenza all'usura, al calore e alla corrosione. Il minerale di cromo è ampiamente utilizzato in metallurgia, nella produzione di materiali refrattari, nell'industria chimica e nelle fonderie.
Nell'industria metallurgica, il minerale di cromo viene utilizzato principalmente per la fusione del ferrocromo e del cromo metallico. Il cromo viene impiegato come additivo per la produzione di una varietà di acciai speciali ad alta resistenza, resistenti alla corrosione, all'usura, alle alte temperature e all'ossidazione, come acciaio inossidabile, acciaio resistente agli acidi, acciaio resistente al calore, acciaio per cuscinetti a sfera, acciaio per molle, acciaio per utensili, ecc. Il cromo può migliorare le proprietà meccaniche e la resistenza all'usura dell'acciaio. Il cromo metallico viene utilizzato principalmente per la fusione di leghe speciali con cobalto, nichel, tungsteno e altri elementi. La cromatura e la placcatura al cromo possono conferire ad acciaio, rame, alluminio e altri metalli una superficie resistente alla corrosione, brillante e gradevole alla vista.
Nell'industria dei materiali refrattari, il minerale di cromo è un importante materiale utilizzato per la produzione di mattoni di cromo, mattoni di cromo-magnesio, refrattari avanzati e altri materiali refrattari speciali (calcestruzzo di cromo). I refrattari a base di cromo comprendono principalmente mattoni con minerale di cromo e magnesia, clinker di magnesia-cromo sinterizzato, mattoni di magnesia-cromo fuso, mattoni di magnesia-cromo fusi, finemente macinati e poi legati. Sono ampiamente utilizzati in forni a focolare aperto, forni a induzione, ecc., nonché nei convertitori metallurgici e nei rivestimenti dei forni rotanti dell'industria del cemento, ecc.
Nell'industria della fonderia, il minerale di cromo non interagisce con altri elementi nell'acciaio fuso durante il processo di colata, ha un basso coefficiente di dilatazione termica, è resistente alla penetrazione del metallo e ha migliori prestazioni di raffreddamento rispetto allo zircone. Il minerale di cromo per fonderia ha requisiti rigorosi in termini di composizione chimica e distribuzione granulometrica.
Nell'industria chimica, l'utilizzo più diretto del cromo consiste nella produzione di una soluzione di dicromato di sodio (Na2Cr2O7·H2O) e nella successiva preparazione di altri composti del cromo destinati all'impiego in settori quali pigmenti, tessile, galvanica, concia delle pelli e catalizzatori.
La polvere di minerale di cromo finemente macinata è un colorante naturale utilizzato nella produzione di vetro, ceramica e piastrelle smaltate. Quando il dicromato di sodio viene impiegato nel trattamento del cuoio, le proteine (collagene) e i carboidrati presenti nel cuoio originale reagiscono con sostanze chimiche formando un complesso stabile, che costituisce la base dei prodotti in pelle. Nell'industria tessile, il dicromato di sodio viene utilizzato come mordente nella tintura dei tessuti, in quanto è in grado di legare efficacemente le molecole di colorante ai composti organici; può essere impiegato anche come ossidante nella produzione di coloranti e intermedi.
Minerale di cromo
In natura sono stati scoperti più di 50 tipi di minerali contenenti cromo, ma la maggior parte di essi presenta un basso contenuto di cromo e una distribuzione dispersiva, il che ne limita l'utilità a livello industriale. Questi minerali contenenti cromo appartengono alla classe degli ossidi, dei cromati e dei silicati, oltre ad alcuni idrossidi, iodati, nitruri e solfuri. Tra questi, i minerali di nitruro e solfuro di cromo si trovano esclusivamente nelle meteoriti.
Come specie minerale appartenente alla sottofamiglia dei minerali di cromo, la cromite è l'unico minerale industriale di cromo di importanza rilevante. La formula chimica teorica è (MgFe)Cr2O4, in cui il contenuto di Cr2O3 rappresenta il 68% e quello di FeO il 32%. Nella sua composizione chimica, il catione trivalente principale è Cr3+, e si osservano spesso sostituzioni isomorfe con Al3+, Fe3+ e Mg2+, Fe2+. Nella cromite effettivamente prodotta, parte del Fe2+ viene spesso sostituito dal Mg2+, e il Cr3+ viene sostituito da Al3+ e Fe3+ in misura variabile. Il grado di sostituzione isomorfa tra i vari componenti della cromite non è uniforme. I cationi di coordinazione di quarto ordine sono principalmente magnesio e ferro, con una completa sostituzione isomorfa tra magnesio e ferro. Secondo il metodo di suddivisione in quattro gruppi, la cromite può essere suddivisa in quattro sottogruppi: cromite di magnesio, cromite ferro-magnesio, cromite ferro-mafica e cromite ferro-mafica. Inoltre, la cromite contiene spesso una piccola quantità di manganese, una miscela omogenea di titanio, vanadio e zinco. La struttura della cromite è del tipo spinello normale.
4. Standard di qualità del concentrato di cromo
In base ai diversi metodi di lavorazione (mineralizzazione e minerale naturale), il minerale di cromo per la metallurgia si divide in due tipologie: concentrato (G) e minerale in pezzi (K). Si veda la tabella seguente.
Requisiti di qualità per il minerale di cromite destinato alla metallurgia
Tecnologia di arricchimento del minerale di cromo
1) Rielezione
Attualmente, la separazione per gravità occupa una posizione importante nell'arricchimento del minerale di cromo. Il metodo di separazione per gravità, che si basa sulla stratificazione in ambiente acquoso, è tuttora il metodo principale per l'arricchimento del minerale di cromo in tutto il mondo. L'apparecchiatura per la separazione per gravità è costituita da uno scivolo a spirale e da un concentratore centrifugo, e la gamma di dimensioni delle particelle lavorabili è relativamente ampia. Generalmente, la differenza di densità tra i minerali di cromo e i minerali di ganga è superiore a 0,8 g/cm³, e la separazione per gravità di qualsiasi particella di dimensioni superiori a 100 µm può dare risultati soddisfacenti. I frammenti grossolani (100 ~ 0,5 mm) di minerale vengono selezionati o preselezionati mediante arricchimento in mezzo pesante, che rappresenta un metodo di arricchimento molto economico.
2) Separazione magnetica
La separazione magnetica è un metodo di arricchimento che realizza la separazione dei minerali in un campo magnetico non uniforme, basandosi sulla differenza di magnetismo dei minerali presenti nel minerale. La cromite ha deboli proprietà magnetiche e può essere separata mediante separatori magnetici ad anello verticale ad alto gradiente, separatori magnetici a piastre umide e altre apparecchiature. I coefficienti di suscettibilità magnetica specifici dei minerali di cromo prodotti in diverse aree di estrazione del minerale di cromo nel mondo non sono molto diversi e sono simili ai coefficienti di suscettibilità magnetica specifici della wolframite e della wolframite prodotte in varie regioni.
Nell'utilizzo della separazione magnetica per ottenere un concentrato di cromo di alta qualità, si possono presentare due situazioni: la prima consiste nel rimuovere i minerali fortemente magnetici (principalmente magnetite) presenti nel minerale mediante un campo magnetico debole, al fine di aumentare la percentuale di ferrocromo; la seconda, invece, prevede l'utilizzo di un campo magnetico forte per la separazione dei minerali di ganga e il recupero del minerale di cromo (minerali debolmente magnetici).
3) Selezione elettrica
La separazione elettrica è un metodo per separare il minerale di cromo dai minerali di ganga silicatici sfruttando le proprietà elettriche dei minerali, come le differenze di conduttività e costante dielettrica.
4) Galleggiamento
Nel processo di separazione per gravità, il minerale di cromite a grana fine (-100 μm) viene spesso scartato come residuo di lavorazione, ma la cromite di queste dimensioni ha ancora un elevato valore di utilizzo, quindi il metodo di flottazione può essere utilizzato per recuperare il minerale di cromite granulare fine a basso tenore. La flottazione del minerale di cromo con il 20% ~40% di Cr2O3 nei residui di lavorazione e minerali di serpentino, olivina, rutilo e carbonato di calcio e magnesio come minerali di ganga. Il minerale viene macinato finemente a 200 μm, silicato di sodio, fosfato, metafosfato, fluorosilicato, ecc. vengono utilizzati per disperdere e inibire i fanghi, e l'acido grasso insaturo viene utilizzato come collettore. La dispersione e la soppressione dei fanghi di ganga sono molto importanti per il processo di flottazione. Gli ioni metallici come ferro e piombo possono attivare la cromite. Quando il valore del pH della sospensione è inferiore a 6, la cromite difficilmente galleggia. In sintesi, il consumo di reagenti per la flottazione è elevato, il grado del concentrato è instabile e il tasso di recupero è basso. Gli ioni Ca2+ e Mg2+ disciolti dai minerali di ganga riducono la selettività del processo di flottazione.
5) Arricchimento chimico
Il metodo chimico consiste nel trattare direttamente alcuni minerali di cromite che non possono essere separati con metodi fisici o i cui costi sono relativamente elevati. Il rapporto Cr/Fe del concentrato prodotto con metodi chimici è superiore a quello ottenuto con i metodi fisici tradizionali. I metodi chimici includono: lisciviazione selettiva, ossidoriduzione, separazione per fusione, lisciviazione con acido solforico e acido cromico, riduzione e lisciviazione con acido solforico, ecc. La combinazione di metodi fisico-chimici e il trattamento diretto del minerale di cromo con metodi chimici rappresentano una delle principali tendenze nell'arricchimento della cromite odierna. I metodi chimici consentono di estrarre direttamente il cromo dal minerale e di produrre carburo di cromo e ossido di cromo.
Data di pubblicazione: 30 aprile 2021