Как наносят хром на металл


Как хромировать металл в домашних условиях: технологии, оборудование

Чтобы защитить металлические конструкции от коррозии, повысить прочностные характеристики и улучшить эстетичность их внешнего вида, применяют технологию хромирования. Она относительно несложная и доступна для освоения, но перед тем, как хромировать любой металл, нужно тщательно изучить технологию обработки, чтобы не допустить ошибок.

Хромированный металл

Что такое хромирование?

Хромирование деталей заключается в нанесении специального покрытия на металлическую поверхность. Существует два основных метода:

  1. Насыщение поверхностных слоёв диффузионным методом. Максимальное число атомов хрома проникает внутрь металлической кристаллической решётки.
  2. Электролитический метод. Заключается в катодном осаждении хрома на стальную конструкцию под действием электрического тока.

Покрытие хромом проводится только на чистую подготовленную поверхность. Особенностью процесса является нанесение однородного слоя определённой толщины на конструкции различных форм. Покрытие может выполнять декоративную или защитную функцию.

Толщина образуемого слоя — от 0,075 до 0,25 мм. Твёрдость — 66–70 HRC. Поверхность имеет шероховатости и чем толще наносимое покрытие, тем больше дефектов. Поэтому после хромирования требуется полировка заготовок.

Технология предусматривает применение растворов:

  • с хромовым ангидридом;
  • с сульфатом или хлоридом хрома.

Зачем нужно хромирование?

Процесс хромирования проводится для следующих целей:

  1. Защиты металлов от коррозии, резких перепадов температуры.
  2. Восстановления поверхности металла. Возможно повышение срока эксплуатации конструкций, при условии износа поверхности на глубину до 1 мм.
  3. Повышения износостойкости. Хромовое покрытие способно стойко переносить трение, механические воздействия, температурные расширения. Позволяет защищать основной металл от негативных внешних факторов.
  4. Улучшения отражающих свойств. Хромированный слой обладает отражающими свойствами. Применяется в осветительных приборах для улучшения видимости корпусных элементов или знаков.
Увеличение защитных качеств (Фото: Instagram / chrome_fusiontech)

Технология хромирования деталей

Существуют следующие виды хромирования:

  1. В электролитической среде. Атомы Cr осаждаются на токопроводящие наружные слои металла. Реакция протекает при подаче напряжения на электроды. Образуемый слой отличается стойкостью к химически активным средам и механическим воздействиям.
  2. Химическое хромирование. Это восстановительная реакция хрома из солевого раствора в присутствии реагентов. Наличие фосфора позволяет избавиться от серого оттенка на металле. Метод требует обязательного использования защитной экипировки.
  3. Декоративное хромирование с применением гальванической кисти. Метод простой и не требует наличия опыта проведения подобных работ. Контроль толщины происходит одновременно с процедурой нанесения хромового покрытия.

Оборудование для хромирования

Для хромирования в домашних условиях потребуется:

  1. Гальваническая ванна. Это ёмкость, покрытая снаружи теплоизоляционным слоем. Подходит любой сосуд, стойкий к химической среде.
  2. Источник питания для подключения электродов. Он должен иметь мощность до 1 кВт, регулятор по напряжению, рассчитанный на ток 50 А.
  3. Нагреватель из материала стойкого к кислой среде для подогрева электролита.
  4. Температурный датчик, откалиброванный для измерений при температурах от 00С до +1000С.
  5. Свинцовая пластина, выполняющая роль анода. Нужно сделать крепление внутри ёмкости, чтобы она была от стенок на расстоянии. Катодом служит деталь, к которой нужно прочно закрепить контактный провод.

Новичкам рекомендуется использовать набор для хромирования, в котором есть нужные реагенты для химической металлизации. Многие производители в комплект включают подробную инструкцию по нанесению покрытия.

Гальваническая ванна (Фото: Instagram / pt_plast)

Как хромировать детали?

Хромирование конструкций своими руками в домашних условиях необходимо выполнять в просторном нежилом помещении. Нужно подготовить инструменты, плотную одежду, очки, респиратор.

Для подготовки раствора нужно использовать неметаллические ёмкости. Связано это с необходимостью применения окислительного раствора.

В качестве катода следует использовать тонколистовой свинец или оловянный сплав. Ванна для электролиза может быть пластиковая цилиндрическая или прямоугольная. Если раствора было приготовлено больше требуемого объёма, его можно хранить в герметичной ёмкости с крышкой.

Для приготовления электролита должны быть использованы только чистые вещества. Хромовый ангидрид недоступен в свободной продаже.

Пошаговое хромирование деталей автомобилей:

  1. Деталь очистить от грязи и отполировать.
  2. При обработке стали проводят активацию поверхности. Она заключается в погружении заготовки в соляную кислоту на 5–20 минут. Длительность зависит от размеров и сложности поверхности.
  3. С детали смываются остатки кислоты.
  4. После высыхания конструкция погружается в ванну с раствором электролита.
  5. Внутри ванны устанавливается анодная свинцовая пластинка, к ней подключается плюсовой контакт от источника тока. К детали подсоединяется минусовый провод.
  6. Включается питание на 20-40 минут. По истечении времени деталь извлекается наружу.
  7. Через 3 часа хромированную поверхность шлифуют до блеска.

Для получения качественного покрытия нужно обеспечить:

  • стабильное электрическое напряжение;
  • соблюдение пропорций электролита;
  • подготовку детали в соответствии с требованиями технологии;
  • контроль и соблюдение температурного режима;
  • выдержку электролита под током определённое время (от трех часов).

Подготовка детали

Перед хромированием деталей своими руками нужно:

  1. Очистить детали от грязи.
  2. Снять с металлической поверхности слой ржавчины. Зачистка выполняется наждачной бумагой
  3. Очистительными средствами удалить пятна жира, масел.
Очистка металла от ржавчины (Фото: Instagram / decorsizumom)

Как готовить электролит?

Для хромирования деталей в домашних условиях нужен электролит. Пропорции ингредиентов для приготовления раствора:

  • ангидрид в растворе 150–250 г/л;
  • серной кислоты от 1,5–2,5 г на литр раствора.

Ангидрид хрома ядовит, его применение смертельно опасно.

Приготовление электролита:

  1. Стеклянный сосуд на 50% заполняется водой, нагретой до +600С.
  2. В соответствии с количеством налитой воды добавляется ангидрид. Смесь перемешивается до полного растворения.
  3. Доливается вода до наполнения сосуда.
  4. Заливается в пропорции кислота, жидкость тщательно перемешивается.

При электролитическом восстановлении катод присоединяется к заготовке, а анод – погружается в подготовленный раствор.

Раствор, оставшийся после хромирования, нужно утилизировать. Он канцерогенен и может вызывать кожные заболевания, появление опухолей.

Этапы хромирования

Пошаговая процедура хромирования в домашних условиях:

  1. Раствор электролита нагревают до +52 градусов и выдерживают.
  2. Подготавливают сосуд для электролиза. В сосуде закрепляют анод, размещают заготовку, фиксируют на равноудалённом расстоянии от стенок. Прогревают до температуры раствора.
  3. В подготовленную ёмкость заливают электролит.
  4. На электроды 20–60 минут подаётся напряжение. Длительность зависит от объёма ёмкости, размеров, формы детали.
  5. Заготовка вынимается, промывается, сушится. Сушить следует на чистой поверхности. Важно исключить контакт с посторонними предметами.

Чтобы нанести хром на пластик декоративным способом, нужно выполнить следующее:

  1. Обеспечить качественное вентилирование помещения.
  2. Подобрать кисть с длиной ворса 2,5 см, обмотать её проводом из свинца.
  3. Закрепить кисть в торцевой части цилиндрической ёмкости.
  4. С противоположной стороны прикрепить диод.
  5. В ёмкость залить подготовленный электролит.
  6. В качестве источника питания в электрическую цепь подключается понижающий трансформатор. Минусовый контакт подключается к хромируемой заготовке, а плюсовый — к анодному диоду.
  7. На заготовку кистью нанести электролитический раствор. Каждый участок поверхности обрабатывается кистью от 20 раз.
  8. Отключить питание трансформатора.
  9. Достать из емкости заготовку, обработать и высушить деталь. Если на поверхности была грязь, её можно удалить при помощи воздушного потока, создаваемого компрессором.
  10. При сушке деталь не должна контактировать с посторонними предметами или подвергаться загрязнениям.
Подготовка к хромированию (Фото: Instagram / galvaprom)

Причины появления дефектов

Причины создания дефектного покрытия:

  • несоблюдение пропорций компонентов;
  • нарушение температурного режима;
  • отклонение от нормированных электрических параметров;
  • обработка заготовок из самопассивирующихся металлов, не прошедших травления;
  • некачественная очистка поверхности.

При хромировании в домашних условиях повышается риск возникновения дефектов:

  1. Отсутствует блеск. Основной причиной является повышенное количество ангидрида хрома в смеси. Также возможны ситуации с низкой концентрацией серной кислоты или превышении токового значения.
  2. Неравномерный блеск. Возникает в результате повышенных значений подаваемого на электроды тока либо несоблюдении температурного нагрева электролита.
  3. На наружном слое образовались коричневые пятна. В растворе повышенная концентрация хромового ангидрида или недостаточное количество серной кислоты.
  4. Появились небольшие раковины снаружи заготовки. Результатом такого эффекта является некачественная подготовка детали к обработке: полировка выполнена некачественно. Другая причина — наличие водорода на наружном слое.
  5. Неравномерность толщины хромового покрытия. Создаётся по причине подачи повышенной силы тока на электроды.
  6. Покрытие имеет низкую прочность, при механических воздействиях остаются следы. Возникает при недостаточной температуре прогрева.
  7. Наличие трещин в покрытии. Связано с применением электролита, в котором концентрация железа более 0,15 кг/л.
  8. Отсутствие хромированного покрытия на некоторых участках детали. В электролите присутствуют растворённые нитраты.
  9. Происходит отслаивание хромового слоя. В ходе электролиза напряжение, подаваемое от источника тока, было нестабильным или снизилась температура электролита. Другой причиной может быть плохо обезжиренная поверхность.

Любой металл подвержен коррозии, но его можно покрыть защитным слоем. Наиболее простым методом защиты металла считается хромирование. Чтобы правильно провести обработку, нужно изучить нюансы этого процесса и подготовить необходимый инструмент.

применений хрома | Предложение, спрос, производство, ресурсы

На главную »Металлы» Использование хрома


Информация об использовании, ресурсах, предложении, спросе и производстве хрома


Переиздано из информационного бюллетеня USGS за сентябрь 2010 г.

Хром в краске: Желтый школьный автобус, первоначально называвшийся хромовым желтым из-за хромового пигмента, был принят для использования на школьных автобусах в Северной Америке в 1939 году, потому что черные буквы на желтых автобусах легко увидеть в полумраке ранним утром.Изображение с сайта commerce.gov.

Что такое хром?

Хром, стально-серый, блестящий, твердый металл, который требует полировки и имеет с высокой температурой плавления, представляет собой серебристо-белое, твердое и яркое металлическое покрытие на стали и другой материал. Обычно известный как хром, это один из самых важных и незаменимые промышленные металлы из-за их твердости и устойчивости к коррозии. Но он используется не только для производства нержавеющей стали и цветных сплавов; это также используется для создания пигментов и химикатов, используемых для обработки кожи.

Хромит, единственная руда хрома, была впервые обнаружена в США. где-то около 1808 года на ферме Исаака Тайсона-младшего, к северу от Балтимора, штат Мэриленд. Разрозненные месторождения хромовых минералов в районе северо-востока Мэриленда и юго-восточная Пенсильвания была источником почти всех продуктов хрома в в мире между 1828 и 1850 годами. В настоящее время единственный отечественный коммерческий хром источник поставок - переработка, хотя в Соединенных Штатах есть небольшие хромиты ресурсы, в первую очередь в Орегоне.Комплекс Стиллуотер в Монтане также содержит хромит. ресурсы, связанные с ресурсами платины и никеля.

The Gateway Arch в Сент-Луисе, штат Миссури, покрытая оболочкой из нержавеющей стали, сделанной из хрома, имеет высоту 630 футов (192 м) и 630 футов (192 м) от ноги до ноги. Правообладатель иллюстрации iStockphoto / Crackerclips.

Как мы используем хром?

Хром играет важную роль в производстве нержавеющей стали.Большая часть нержавеющей стали содержит около 18 процентов хром; это то, что упрочняет сталь и повышает ее устойчивость к коррозии, особенно при высоких температурах. Поскольку нержавеющая сталь не ржавеет и легко стерилизуется, она является частью многих предметов, которые мы используем в повседневной жизни. Некоторые из самых Среди них можно распознать кухонную технику, оборудование для пищевой промышленности, медицинские и стоматологические инструменты.

Многие украшения на автомобилях, такие как украшения, отделка и колпаки хромированы.Хром в суперсплавах (высокоэффективные сплавы) позволяет реактивным двигателям работать в условиях высоких температур, высоких напряжений, химически окисляющих среда. На дорогах в США для создания желтых линий используются хромовые пигменты. которые указывают полосы движения. Хромсодержащие пигменты находят применение во множестве косметических товаров. Хромит используется при высоких температурах, таких как взрыв печи и формы для обжига кирпича, так как сохраняет прочность при высокой температуре.

Хром также важен для хорошего здоровья. Недостаточное количество приводит к глюкозе непереносимость у человека. Органическое мясо, грибы, ростки пшеницы и брокколи - все это хорошо. пищевые источники хрома.

Хромит: Образец хромита, единственной хромовой руды, из района Трансвааля в Южной Африке. Образец составляет около 4 дюймов (10 сантиметров) в поперечнике.

Откуда берется хром?

Хромит, оксид железа, магния, алюминия и хрома, является единственной рудой. минерал хрома.В природе месторождения хромита обычно бывают двух основных типов: слоистые (слоистые) и стручковые (стручковые). Оба типа связаны с ультраосновными Магматические породы. Крупнейшие в мире месторождения стратиформных хромитов находятся на юге Африка, в так называемом комплексе Бушвельд. Это слоистое огненное вторжение содержащий более 11 миллиардов метрических тонн ресурсов хромита. Подиформные отложения найдены в слоистых магматических последовательностях, которые образовались в океанической коре ниже морского дна.Теперь мы можем получить доступ к этим ресурсам там, где части дна океана были вытолкнуты. над континентальными породами тектоническими силами. В Соединенных Штатах стручковые отложения разбросаны вдоль Тихоокеанского побережья от полуострова Кенай на юге Аляски до южных Калифорния и вдоль Аппалачских гор от северного Вермонта до Джорджии.

Знаете ли вы? В начале 19 века в Британии принцесса Шарлотта использовала в своей повозке охристую краску, сделанную из химических веществ, полученных из хромита.Сегодня в Соединенных Штатах такой же цвет можно увидеть на автомобилях и такси. Правообладатель иллюстрации BLS.gov.

Хром: мировой спрос и предложение

Мировое производство (предложение) и потребление (спрос) хрома имеют находился под влиянием мирового рынка, так как спрос на минеральное сырье, в том числе хрома, увеличилось. Хром продается по всему миру рынок в виде феррохрома, сплава железа с хромом.

Цена на феррохром достигла исторически высоких уровней в 2008 году, а затем снизился в 2009 году с ослаблением мира экономия. В тот же период роль Китая как Потребитель хрома вырос благодаря расширению производства нержавеющей стали стальная промышленность.

Производство феррохрома энергоемкое. процесс. Большая часть производимой в настоящее время электроэнергии на основе угля, процесс производства углекислого газа, который рассматривается на предмет регулирования из-за его воздействия на климат.Эти факторы предполагают, что стоимость электроэнергии Производство феррохрома в будущем будет расти.

Знаете ли вы? Название «хром» происходит от греческого слова «chroma», что означает цвет, что отражает тот факт, что многие его соединения имеют интенсивный цвет.

Знаете ли вы? Незначительные количества хрома можно обнаружить в драгоценных камнях, таких как рубины или изумруды.Правообладатель иллюстрации iStockphoto / SunChan.

Гарантия поставок хрома в будущем

Мировые запасы хрома, добывающие мощности и мощности по производству феррохрома в значительной степени сосредоточены в Восточном полушарии. Поскольку при производстве нержавеющей стали нет жизнеспособной замены хрому. стали, и поскольку Соединенные Штаты обладают небольшими ресурсами хрома, возникли опасения по поводу внутренних поставок во время всех чрезвычайных ситуаций в стране после Первой мировой войны.Признавая уязвимость длительных поставок маршруты во время военных чрезвычайных ситуаций, хром (в различных формах, в том числе хромитовая руда, хром-ферросплавы, и металлический хром) хранился на складе национальной обороны еще до Второй мировой войны. С 1991 г. однако изменения в соображениях национальной безопасности привели к сокращению целей по запасам, а запасы продается. При текущих темпах предполагается, что эти запасы будут исчерпаны к 2015 году.В 2009 году переработано хром из лома нержавеющей стали составляет 61 процент видимого потребления хрома в США, превращение переработанного материала в единственный отечественный коммерческий источник хрома.

Чтобы помочь предсказать, где могут быть расположены будущие поставки хрома, ученые Геологической службы США изучают, как и где выявленные ресурсы хрома сосредоточены в земной коре, и использовать эти знания для оценить вероятность существования неоткрытых ресурсов хрома.Исследования распространения подиформ месторождения хромита в ультраосновных породах в Калифорнии и Орегоне помогли усовершенствовать методы, используемые для оценить неоткрытые ресурсы хрома. Подобные исследования USGS обеспечивают беспристрастную научную информация для лиц, принимающих решения, ответственных за управление федеральными землями, а также данные требуется для более точной оценки наличия минеральных ресурсов в глобальном контексте.

Оценка минеральных ресурсов носит динамический характер.Потому что они предоставляют снимок, отражающий наше лучшее понимание того, как и где расположены ресурсы, оценки должны быть обновлены периодически по мере разработки более точных данных и концепций. Текущее исследование USGS включает: обновление моделей месторождений полезных ископаемых и моделей окружающей среды минералов для хрома и других важные нетопливные товары и совершенствование методов, используемых для оценки скрытых минерально-сырьевой потенциал. Результаты этого исследования предоставят новую информацию для уменьшения неопределенность в будущих оценках минеральных ресурсов.


Найдите другие темы на Geology.com:


Скалы: Галереи фотографий вулканических, осадочных и метаморфических пород с описаниями.
Минералы: Информация о рудных минералах, драгоценных камнях и породообразующих минералах.
Вулканы: Статьи о вулканах, вулканических опасностях и извержениях прошлого и настоящего.
Драгоценные камни: Цветные изображения и статьи об алмазах и цветных камнях.
Общая геология: Статьи о гейзерах, маарах, дельтах, перекатах, соляных куполах, воде и многом другом!
Магазин геологии: Молотки, полевые сумки, ручные линзы, карты, книги, кирки твердости, золотые кастрюли.
Алмазы: Узнайте о свойствах алмаза, его разнообразных применениях и открытиях.
.

Хром - Медный разум - 17-й осколок

Хром - это металл, притягивающий внешние улучшения. Алломант, сжигающий хром, может уничтожить запасы металла другого алломанта. Ферухимики могут использовать хром для сохранения состояния, а при использовании в качестве гемалургического шипа хром может украсть судьбу.

Алломантическое использование [править]

Хромовый туман известен как Leecher . Хром действует внутри тела точно так же, как алюминий, заставляя алломантов, которых коснулся Личер, терять свои запасы металла. [1] Когда человек сжигает металл, это похоже на то, как будто он вытягивает силу из металла и возвращает ее к внешнему источнику. [2] Эта способность похожа на Кровь ночи и Ларкина. [3] При сжигании металлов человека, неинвестированные металлы идут раньше, чем инвестированные. [4] Гореть можно только металлы, имеющие отношение к алломантам. [5] Способность сжигать металл может быть снижена, оставив металл. [2]

Истощение инвестиций [править]

Пиявка также может истощать другие формы инвеституры.Они были бы довольно эффективны для истощения дыхания человека или штормового света. [6] Они также смогут похищать безжизненных. [7] Личник может помешать Владыке Осколков вызвать свой клинок, [8] и может помешать работе оружия, использующего Инвеституру. [2] Если Личер коснется Крови Ночи, он умрет. [9]

Ферухимическое использование [править]

Ферринг из хрома известен как Spinner . Хром используется для хранения удачи.Прядильщику, наполняющему хромойм, не повезет, и он может использовать его, чтобы увеличить свою удачу. [1]

Compounding [править]

Изготовитель хрома мог бы использовать хром, чтобы иметь почти бесконечный запас удачи и удачи; однако механика Фортуны в настоящее время неизвестна. [10]

Гемалургическое применение [править]

При использовании в качестве гемалургического шипа хром может украсть судьбу. [11]

Другое применение [править]

Алоное из Ири упоминает, что рисование Фортуны может вызвать совпадения. [12] Одиум подразумевает, что его можно использовать для предсказания будущего. [13]

.

Обработка хрома | Британника

Обработка хрома , подготовка руды для использования в различных продуктах.

хром

Хром.

Tomihahndorf

Хром (Cr) - это блестящий, твердый, тугоплавкий металл, плавящийся при 1857 ° C (3375 ° F) и кипящий при 2672 ° C (4842 ° F). В чистом виде он устойчив к обычной коррозии, что позволяет применять его в качестве гальванического защитного покрытия для других металлов.Он растворяется в неокисляющих минеральных кислотах, но не в царской водке или азотной кислоте, которые пассивируют металл.

Поскольку хром и богатые хромом сплавы хрупкие при комнатной температуре, их применение ограничено. Безусловно, наибольшее потребление приходится на легирующую добавку к железу. В количестве от 10 до 26 процентов хром придает стали коррозионную стойкость; он также используется для улучшения закаливаемости, износостойкости и жаропрочности.

В качестве минерального хромита, хром использует широко в качестве огнеупорного материала.Другие химические вещества хрома используются в качестве пигментов и дубильных веществ.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

История

Хром необычен среди металлов тем, что его руды и химические соединения широко использовались задолго до получения чистого металла. Еще в 1800 году они использовались для изготовления пигментов и химикатов для дубления кожи, а в 1879 году они успешно использовались в качестве огнеупоров для футеровки сталеплавильных печей.

Металлический хром был открыт французским химиком Луи-Николя Воклен в 1797 году; в следующем году он выделил металл путем восстановления углерода крокоита, или красного свинца, хроматного минерала, чей блестящий оттенок вдохновил Воклена на то, чтобы дать металлу его нынешнее название (от греческого chrōmos , «цвет»). Железо, содержащее хром, было впервые произведено в середине XIX века, а первое использование хрома в качестве легирующего агента при производстве стали произошло во Франции в 1860-х годах.В 1893 году Анри Муассан плавил хромовую руду и углерод в электрической печи и произвел феррохром; это остается основой современного коммерческого метода производства сплава, несмотря на то, что этот метод постоянно развивается под влиянием меняющихся рынков, технологий и сырья. В 1898 году немецкий химик Ганс Гольдшмидт получил чистый хром путем алюминотермического восстановления оксида хрома; Силикотермический процесс производства низкоуглеродистого феррохрома был разработан в 1907 году.Металлический хром был получен электролизом в 1854 году, но этот метод не нашел широкого коммерческого применения до столетия спустя.

Хотя хром присутствует во многих полезных ископаемых, единственной коммерчески добываемой рудой является хромит. Этот минерал шпинель идеально состоит из оксида железа и оксида хрома с химическим составом FeO · Cr 2 O 3 , но в природе он часто встречается в природе с оксидом магния (MgO), замещающим FeO, и оксидом алюминия (A1 2 O 3 ) или оксид железа (Fe 2 O 3 ), заменяющий Cr 2 O 3 .Также присутствуют другие минералы, такие как кремнезем (SiO 2 ).

К началу 21 века Южная Африка, Индия, Казахстан и Турция стали ведущими производителями хромита в мире. Основная часть запасов хромита находится в слоистых отложениях (тонких, ровных слоях, покрывающих обширную площадь), но также важны грушевидные отложения (разрозненные стручковидные образования разного размера).

Горно-обогатительная

Хромитовые месторождения разрабатываются как подземным, так и наземным способом.Большая часть руды достаточно богата для непосредственного использования: для производства феррохрома предпочтительна богатая кусковая руда, содержащая более 46 процентов Cr 2 O 3 и имеющая соотношение хрома и железа более 2: 1, но также используются руды с более низким содержанием и всего 40 процентов Cr 2 O 3 . (Руды с высоким содержанием глинозема предпочтительны для переработки в огнеупорный кирпич.) Поскольку мелкодисперсные руды, которые не плавятся эффективно, подвергаются более широкой эксплуатации, для их агломерации для более удовлетворительного использования в печах применяется ряд процессов.Мелкие частицы могут быть смешаны с флюсом и коксом (основным источником углерода), а затем предварительно нагреты или «восстановлены» перед загрузкой в ​​электроплавильную печь.

Если углерод и Cr 2 O 3 объединить в молярном соотношении 3: 1 и подвергнуть действию повышающейся температуры, произойдет ряд окислительно-восстановительных реакций, в результате которых будет образована серия карбидов хрома и, наконец, 2080 ° C (3775 ° F), чистый хром и окись углерода. (Это произойдет при давлении в 1 атмосферу или около 100 кПа, но снижение давления приведет к снижению всех температур реакции.) Эта теоретическая реакция не учитывает наличие в коммерческой практике примесей в металле и шлаке, которые могут изменять температуру реакции и сами вызывать нежелательные реакции. По этой причине, хотя феррохром с очень низким содержанием углерода (менее 0,1 процента) в принципе может быть получен за одну стадию плавки, на практике не весь углерод удаляется из-за присутствия в нем магнезии, оксида алюминия и кремнезема. руда и использование диоксида кремния в качестве флюса для снижения температуры плавления шлака.Таким образом, на практике первичным продуктом обычно является высокоуглеродистый феррохром, который впоследствии может быть очищен до низкоуглеродистого продукта. Если желателен чистый хром, железо должно быть удалено из руды или из промежуточного феррохромового продукта гидрометаллургическими методами ( см. Ниже ).

Большинство руд, выплавленных с использованием кокса в электропечи, дают металлы, насыщенные углеродом. Для феррохрома точка насыщения составляет примерно 9 процентов, но фактическое содержание углерода зависит от состояния руды и состава шлака.Например, из кусковой тугоплавкой руды и шлака, содержащих примерно равные количества магнезии, оксида алюминия и кремнезема, получается феррохром, содержащий от 4 до 6 процентов углерода и менее 1,5 процента кремния. Это результат высоких температур, создаваемых вязким шлаком, медленно реагирующей объемной рудой и, возможно, рафинированием расплавленного металла нерастворенной рудой в шлаке. Когда скорость реакции восстановления увеличивается за счет использования мелкозернистой руды или когда шлак делается менее вязким путем добавления извести в расплав, уровень углерода в феррохроме приближается к насыщению.

При добавлении большего количества кремнезема в шихту образуется так называемый заряженный феррохром, насыщенный углеродом сплав с повышенным содержанием кремния. Некоторые южноафриканские руды производят загружаемый феррохром, содержащий 52–54 процента хрома, 6–7 процентов углерода и 2–4 процента кремния; руды из Зимбабве с более высоким соотношением хрома и железа дают продукт, содержащий 63–67 процентов хрома, 5–7 процентов углерода и 3–6 процентов кремния.

Во время плавки высокоуглеродистого или шихтового феррохрома шлак и металл выпускаются из печи в ковш и разделяются путем декантации или снятия шлама.Извлечение хрома из руды варьируется: при хорошей работе 90 процентов извлекается в расплавленный металл; из 10 процентов, оставшихся в шлаке, часть находится в металлической форме и может быть извлечена с помощью методов переработки полезных ископаемых. При плавке шихтового феррохрома требуется 4000 киловатт-часов электроэнергии на тонну произведенного сплава по сравнению с 4600 киловатт-часами на тонну высокоуглеродистого феррохрома.

Феррохром кремний

Если кремнезем добавляется в шихту до тех пор, пока его вес не сравняется с массой руды, в процессе плавки образуется так называемый феррохромовый кремний.Этот сплав, содержащий 38–42 процента кремния и менее 0,1 процента углерода, используется в качестве раскислителя при производстве нержавеющей стали и в качестве промежуточного материала при производстве низкоуглеродистого феррохрома. Из-за того, что для восстановления кремнезема до кремния требуется больше энергии, выплавка феррохромового кремния потребляет 7600 киловатт-часов на тонну продукта.

Феррохром низкоуглеродистый

Когда хромит и известь плавятся в открытой электродуговой печи и затем контактируют с феррохромом кремнием, образуется низкоуглеродистый (0.05 процентов) феррохром может быть получен. В альтернативном процессе высокоуглеродистый феррохром окисляется, а затем смешивается с дополнительным высокоуглеродистым феррохромом. Брикетированная смесь помещается в большую вакуумную печь, которая нагревается графитовыми резисторами до 1400 ° C (2550 ° F) при пониженном давлении 30 паскаль. Углерод удаляется из сплава (образуя окись углерода) до уровня всего 0,01 процента.

Хром металлический

Чистый хром получают либо термическим восстановлением Cr 2 O 3 алюминием, либо электролизом растворов трехвалентного хрома.

Алюминотермический процесс начинается с обжига мелкозернистой руды, соды и извести на воздухе при 1100 ° C (2000 ° F). В результате образуется кальцин, содержащий хромат натрия, который выщелачивается из нерастворимой пустой породы, а затем восстанавливается и осаждается в виде Cr 2 O 3 . Cr 2 O 3 смешивают с мелкодисперсным алюминиевым порошком, загружают в футерованный огнеупором контейнер и поджигают. При сгорании быстро возникают температуры, превышающие 2000 ° C (3600 ° F), что обеспечивает чистое отделение хрома от шлака.Чистота металла от 97 до 99 процентов хрома зависит от исходных материалов.

В процессе электролиза измельченный высокоуглеродистый феррохром выщелачивается смесью восстановленного анолита (электролитический раствор, рециркулируемый с анодной стороны плавильной ячейки), маточного раствора хромовых квасцов на основе раствора сульфата аммония, рециркулируемого с более поздней стадии. в процессе и серная кислота. Полученную суспензию охлаждают, а кремнезем и другие нерастворенные твердые вещества отфильтровывают из раствора.Железо образует кристаллы сырого сульфата двухвалентного аммония, которые также отфильтровываются. Затем маточный раствор осветляют в фильтр-прессе, и около 80 процентов хрома удаляется осаждением в виде хромовых квасцов аммония. Маточный раствор направляют обратно в контур выщелачивания, в то время как кристаллы хромовых квасцов растворяются в горячей воде и поступают в катодную часть электролитической ячейки. Ячейка разделена диафрагмой, чтобы предотвратить смешивание образующейся на аноде хромовой и серной кислот с католитом (катодным электролитом).При прохождении электрического тока от свинцового анода к тонкому катодному листу из нержавеющей стали на катод наносится хром, который каждые 72 часа снимается с листа, запаивается в банки из нержавеющей стали и нагревается до 420 ° C ( 790 ° F) для удаления воды и водорода. Этот электролитический хром содержит 0,5 процента кислорода, что слишком много для некоторых применений; объединение его с углеродом и нагрев брикетов до 1400 ° C (2550 ° F) при 13 паскалях снижает содержание кислорода до 0,02 процента, в результате чего получается металл более 99.Чистота 9 процентов.

.

фактов о хроме | Живая наука

Известный своим серебристым, блестящим внешним видом, хром используется для покрытия автомобилей, печей и других приборов, чтобы защитить их от коррозии и улучшить их внешний вид. высокая температура плавления Chromium и стабильная структура также делает его полезным в текстильной и огнеупорной промышленности. В сочетании с другими элементами хром дает яркие цвета и используется в качестве красителя, за что изначально и получил свое название от греческого слова chroma , означающего «цвет»."

Он естественным образом содержится в соединениях земной коры. Однако потребление большого количества хрома в загрязненной питьевой воде или вдыхание паров нагретого элемента может вызвать язвы, рак и другие проблемы со здоровьем.

Только факты

  • Атомный номер (количество протонов в ядре): 24
  • Символ атома (в периодической таблице элементов): Cr
  • Атомный вес (средняя масса атома): 51,9961
  • Плотность: 4,13 унции на кубический дюйм (7 .15 грамм на куб. См)
  • Фаза при комнатной температуре: твердое вещество
  • Точка плавления: 3465 градусов по Фаренгейту (1907 градусов по Цельсию)
  • Точка кипения: 4840 F (2671 C)
  • Количество природных изотопов (атомов одного и того же элемента) с другим числом нейтронов): 4
  • Наиболее распространенный изотоп: Cr-52

(Изображение предоставлено: Грег Робсон / Creative Commons, Андрей Маринкас Shutterstock)

Открытие хрома

Французский химик Луи Николя Воклен впервые выделил хром из ярко-красного минерала под названием сибирский красный свинец, теперь известного как хромат свинца (PbCrO 4 ) в 1797 году.По словам Джона Эмсли в своей книге «Строительные блоки природы: руководство по элементам» (Oxford University Press, 1999), Воклену потребовался год, прежде чем он смог выделить свинец в осадок и получить чистый хром. Он смешал хром в различных растворах и был заинтригован множеством цветов, которые он производил, поэтому назвал элемент после греческого слова chroma , означающего «цвет».

Источники хрома

Хром является 21-м наиболее распространенным элементом, обнаруживаемым в земной коре, но он не встречается в форме свободного металла.Вместо этого он в основном содержится в хромитовой руде, согласно Роберту Э. Кребсу в своей книге «История и использование химических элементов нашей Земли: справочное руководство» (Greenwood Publishing Group, 2006). Хромит добывается в Зимбабве, России, Новой Зеландии, Турции, Иране, Албании, Финляндии, на Филиппинах и на Мадагаскаре. По данным Эмсли, ежегодно производится около 20 000 тонн металлического хрома, и в Гренландии, Канаде и Соединенных Штатах до сих пор остается около миллиарда тонн неразработанных месторождений.Металлический хром затем получают путем нагревания хромитовой руды в присутствии алюминия или кремния, согласно данным лаборатории Джефферсона.

Свойства хрома

Хром является переходным металлом шестой группы Периодической таблицы элементов. В чистом виде хром - это серебристый, блестящий, твердый металл с высокой степенью полировки, идеально подходящий для гальваники.

По данным Лос-Аламосской национальной лаборатории, наиболее важными соединениями хрома являются хроматы натрия и калия, дихроматы, а также хромовые квасцы калия и аммония.Соединения хрома токсичны, и с ними следует обращаться осторожно.

Все соединения хрома ярко окрашены и используются как пигменты - ярко-зеленый, желтый, красный и оранжевый. По данным Королевского химического общества (RSC), рубины имеют красный цвет из-за хрома, а стекло, обработанное хромом, имеет изумрудно-зеленый цвет.

Используется для защиты и красоты

Используя технику, называемую гальваникой, тонкий слой хрома может покрывать металлические и пластмассовые предметы, включая автомобильные детали и бытовую технику, чтобы придать им блестящий привлекательный вид.Например, автомобильные дизайнеры используют хромированные диски и диски, чтобы украсить свои автомобили. Хромирование используется не только для внешнего вида; По словам Кребса, поскольку хром образует защитный оксидный слой на поверхности, хромированные предметы противостоят коррозии.

Нержавеющая сталь - это сплав железа и не менее 10,5 процента хрома. Он очень устойчив к коррозии. Он используется в кухонных столовых приборах, бытовой технике и посуде, такой как сковороды и сковороды из нержавеющей стали.

По данным Эмсли, около 90 процентов кожи подвергается хромовому дублению.Во время этого процесса сульфат хрома используется для обработки кожи животных и превращения ее в кожу, стойкую к горячей воде, которая может вызвать разложение.

Обжиговые печи и печи используют кирпичи из хромитовой руды, сохраняющей прочность при высоких температурах. В текстильной промышленности ионы хрома используются для прилипания красителей к ткани. Высокая температура плавления, умеренное тепловое расширение и стабильность кристаллической структуры хрома делают его пригодным для этих целей.

Опасно в избытке

Хотя его конкретная роль для людей неясна, исследования показали, что хром является важным микроэлементом, который содержится в РНК и помогает организму использовать глюкозу.Хром больше всего сконцентрирован в плаценте, и его присутствие в организме уменьшается с возрастом.

Согласно RSC, безопасное количество составляет около 1 миллиграмма в день. Такие продукты, как пивные дрожжи, зародыши пшеницы и почки, богаты хромом. Однако в избытке он ядовит.

В фильме 2000 года «Эрин Брокович» Джулия Робертс изображает активиста-эколога и клерка, который ведет дело против газовой и электрической компании за загрязнение питьевой воды хромом (VI), токсичным соединением, которое, как известно, вызывает рак. U.S. Управление охраны труда и здоровья (OSHA). Хотя Брокович выиграла дело в реальной жизни и в кино, ученые раскритиковали ее отсутствие доказательств того, что хром (VI), а не другие факторы, был причиной многочисленных проблем со здоровьем, включая рак, в сообществе Хинкли, Калифорния. Тем не менее, несколько исследований, проведенных за последние несколько лет, связали хром (VI) в водопроводной воде с раком, и EPA установило предел концентрации этого элемента в питьевой воде для защиты здоровья населения.

Чрезмерное воздействие хрома также может вызвать хромовые язвы, особенно при работе с ним в течение нескольких месяцев при хромировании или дублении кожи, согласно Эмсли. Хромовые язвы - это зудящие и сырые дыры на коже или желудке. При вдыхании пыли, содержащей хром, промышленные рабочие более подвержены язвам в носовой полости и раку легких. Кроме того, исследование 2017 года, опубликованное в European Journal of Clinical Nutrition, связывает высокий уровень хрома в моче с сердечно-сосудистыми заболеваниями и диабетом.

Дополнительные ресурсы

.

Смотрите также