鉻鐵礦
基本信息
中文名：鉻鐵礦、 外文名：chromite、 硬度：5.5-6.5、 比重：4.3-4.8g/cm3、 解理：無解理、 歸屬學科：礦產礦業。
礦物資料
簡介
鉻鐵礦是一種礦物，主要成分為鐵、鎂和鉻的氧化物：(Fe, Mg)Cr2O4，是尖晶石的一種。它是唯一可開採的鉻礦石，礦物成分較複雜，鎂的含量不定，有時也含鋁和鐵元素。自然界含鉻礦物約30種,但具有工業價值的只有鉻鐵礦,中國常見的有鉻鐵礦、鋁鉻鐵礦和富鉻尖晶石。
鉻鐵礦難熔，用作耐火材料，也用於製取三氧化二鉻、重鉻酸鈉、重鉻酸鉀等鉻化合物。
礦石成份
鉻鐵礦是鉻和鐵的氧化物礦物。有高碳鉻鐵(含碳為4~8%)、中碳鉻鐵(含碳為0.5~4%)、低碳鉻鐵(含碳0.15~0.50%)、微碳鉻鐵(含碳為0.06%)、超微碳鉻鐵(含碳小於0.03%)、金屬鉻、硅鉻合金。它相當堅硬，黑色半金屬光澤。鉻鐵礦是金屬鉻的主要來源，也可用於高溫耐火材料。鉻鐵礦一般呈塊狀或粒狀的集合體。鉻鐵礦化學成分為FeCr2O4、晶體屬等軸晶系的氧化物礦物。成分中的鐵常可部分被鎂所置換，當以Mg為主時，則名鎂鉻鐵礦(magnesiochromite)。具正常尖晶石型結構。鉻鐵礦Cr2O3含量67.91%。是工業鉻的主要來源，也可用制高溫耐火材料，如鉻磚。摩斯硬度5.5～6，比重3.9～4.8。具弱磁性。鉻鐵礦僅產於超基性或基性岩中。大型鉻鐵礦礦床主要產於南非的德蘭士瓦、津巴布韋的圭洛附近，俄羅斯的斯維德洛夫斯克地區以及古巴等地。中國鉻鐵礦的產地有西藏、甘肅和陝西等地。[1]
礦物分類
鉻鐵礦在市場上按使用要求一般分為3類：
（1）高鉻鉻鐵礦（冶金用），含Cr2O348%以上，Cr2O3/FeO比值大。
（2）高鐵鉻鐵礦（化工用），含Cr2O350%以上，含SiO2、Al2O3少。
（3）高鋁鉻鐵礦（耐火材料用），含Cr2O330%～35%，含Al2O3、MgO多。耐火材料用的鉻礦的礦物組成中含MgO%26bull;Cr2O3、MgO%26bull;Al2O3多，含FeO%26bull;Cr2O3及FeO%26bull;Fe2O3少者為好。輝綠岩鑄石用鉻礦含Cr2O310%～20%、SiO2%26lt;10%。
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結構特性
化學組成
(Mg,Fe)Cr2O4，成分比較複雜，廣泛存在Cr2O3、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO五種基本組分的類質同象置換。
化學通式
(Mg、Fe2+)(CR、Al、Fe3+)2O4或(Mg、Fe2+)O(Cr、Al、Fe3+)2O3，其Cr2O3含量為18%~62%。
鑑定特徵
黑色，條痕深棕色，硬度大和產於超基性岩中為鑑定特徵;鉻鐵礦，外表很像磁鐵礦，不同之處是磁性很弱，條痕為棕色，和磁鐵礦的黑色不同。
成因產狀
岩漿作用的礦物，常產於超基性岩中，與橄欖石共生;也見於砂礦中
著名產地
鉻鐵礦的產地主要為巴西和古巴，生產國則主要是印度、伊朗、巴基斯坦、阿曼、津巴布韋、土耳其和南非，共占世界產量的80%，其中南非一國的產量便占40%。鉻鐵礦主要存在於中國的四川、西藏、甘肅、青海等省份。
名稱來源
鉻，Chromitim一字，來自希臘語Chroma，指顏色;這是因為一切含鉻的化合物，都具有顯著的顏色。
晶體形態
六八面體晶體
晶體結構
晶系和空間群：等軸晶系，Fd3m;晶胞參數:a0=8.325-8.344埃;粉晶數據:2.52(1)1.46(0.9)1.6(0.9)
物理性質
斷口：參差到平坦
顏色：黑色
條痕：深棕色
透明度：不透明
光澤：金屬光澤
其他：具弱磁性，含鐵量高者磁性較強
光學性質：質體;n=2.08
礦物原料特點
二種主要特性
鉻具有親氧性和親鐵性，以親氧性較強，只有在還原和硫的逸度較高的情況下才顯示親硫性。在內生作用條件下鉻一般呈三價。六次酸位的Ｃｒ３＋和Ａｌ３＋Ｆｅ３＋的離子半徑相接近，故它們之間可以呈廣泛的類質同象。此外，可與鉻類質同象代替的元素還有Ｍｎ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎ等，所以在鎂鐵硅酸鹽礦物和副礦物中有鉻的廣泛分布。在表生帶強烈氧化條件下（鹼性介質），Ｃｒ３＋氧化成Ｃｒ６＋形式的鉻酸根離子，使不活動的鉻離子變成易溶的鉻陰離子發生遷移。遇極化性很強的離子（如Ｃｕ、Ｐｂ等），則形成難溶的鉻酸性礦物。
在自然界中目前已發現的含鉻礦物約有５０余種，分別屬於氧化物類、鉻酸鹽類和硅酸鹽類。
已發現的類型
此外還有少數氫氧化物、碘酸鹽、氮化物和硫化物。其中氮化鉻和硫化鉻礦物只見於隕石中。
具有工業價值的鉻礦物都屬於鉻尖晶石類礦物，它們的化學通式為（Ｍｇ、Ｆｅ２＋）（Ｃｒ、Ａｌ、Ｆｅ３＋）２Ｏ４或（Ｍｇ、Ｆｅ２＋）Ｏ（Ｃｒ、Ａｌ、Ｆｅ３＋）２Ｏ３，其Ｃｒ２Ｏ３含量為１８％～６２％。[2]
用途
在冶金、玻璃、水泥工業中使用鎂鉻磚及鉻鎂磚。由於在水泥迴轉窯上使用含鉻製品會產生六價鉻化合物，基於環境保護的原因，逐漸被鎂鋁尖晶石製品或白雲石製品取代。此外，用於提煉金屬鉻、生產鉻鐵合金、不鏽鋼、製造重鉻酸鹽等。
鉻礦是發展冶金、國防、化工等工業不可缺少的礦產資源,主要用於冶金工業生產不鏽鋼及各種合金鋼、合金,在玻璃、陶瓷、、耐火材料等方面也有廣泛用途。包括：
鑄造級：用於大型鑄鋼件、鑄造型砂、鋼包引流砂
冶金級：用於生產高碳鉻鐵和低微碳鉻鐵
耐火級/化工級：用於生產鎂鉻砂、鎂鉻磚等耐火材料
南非的草原高地複合構造是世界上的鉻礦資源儲量最豐富的地區，占全世界已知鉻儲量的76.1%。其中西礦帶是以魯斯騰堡（RUSTENBUG）為中心，而東礦帶以斯蒂爾波特（STEELPOORT）和博格斯福德（BUGERSFORT）
著名產地
鉻鐵礦的產地主要為巴西和古巴，生產國則主要是印度、伊朗、巴基斯坦、阿曼、津巴布韋、土耳其和南非，共占世界產量的80%，其中南非一國的產量便占40%。鉻鐵礦主要存在於中國的四川、西藏、甘肅、青海等省份。
價值礦物
有工業價值的鉻礦物，其Ｃｒ２Ｏ３含量一般都在３０％以上，其中常見的是：
１.鉻鐵礦
化學成分為（Ｍｇ、Ｆｅ）Ｃｒ２Ｏ４，介於亞鐵鉻鐵礦（ＦｅＣｒ２Ｏ４，含ＦｅＯ３２.０９％、Ｃｒ２Ｏ３ ６７.９１）與鎂鉻鐵礦（ＭｇＣｒ２Ｏ４，含ＭｇＯ２０.９６％、Ｃｒ２Ｏ３ ７９.０４％）之間，通常有人將亞鐵鉻鐵礦和鎂鉻鐵礦也都稱為鉻鐵礦。鉻鐵礦為等軸晶系，晶體呈細小的八面體，通常呈粒狀和緻密塊狀集合體，顏色黑色，條痕褐色，半金屬光澤，硬度５.５，比重４.２～４.８，具弱磁性。鉻鐵礦是岩漿成因礦物，產於超基性岩中，當含礦岩石遭受風化破壞後，鉻鐵礦常轉入砂礦中。鉻鐵礦是煉鉻的最主要的礦物原料，富含鐵的劣質礦石可作高級耐火材料。
２.富鉻類晶石
又稱鉻鐵尖晶石或鋁鉻鐵礦。化學成分為Ｆｅ（Ｃｒ，Ａｌ）２Ｏ４，含Ｃｒ２Ｏ３ ３２％～３８％。其形態、物理性質、成因、產狀及用途與鉻鐵礦相同。
３.硬鉻尖晶石
化學成分為（Ｍｇ、Ｆｅ）（Ｃｒ、Ａｌ）２Ｏ４，含Ｃｒ２Ｏ３ ３２％～５０％。其形態、物理性質、成因、產狀及用途也與鉻鐵礦相同。[3]
礦業簡史
鉻元素是法國化學家福克林（Ｌ.Ｎ.Ｖａｕｑｕｌｉｎ）於１７９８年發現的。鉻鐵礦石於１７９９年首次發現於俄羅斯的烏拉爾山區，該礦的發現與開發成為１８世紀世界鉻鐵礦的主要供應來源，那時鉻主要用在化學工業上。１８２７年在美國的馬里蘭州發現鉻鐵礦之後，在賓夕法尼亞州和弗吉尼亞州又相繼發現了鉻鐵礦，從而使美國成了當時世界鉻鐵礦有限的供給國之一。１８６０年土耳其發現了一個大礦床，供給國際市場。直到１９０６年印度和羅得西亞發現鉻礦為止，土耳其一直是鉻鐵礦供應的主要來源。到目前為止，世界上已有４０余個國家和地區發現了鉻鐵礦，總儲量達３７億t，產量達１０００萬t以上。
我國雖然在１９４９年以前在吉林、寧夏、河北等地發現過一些鉻鐵礦的線索，但並沒有做過深入的調查和研究，全國僅知有２個礦點，一為吉林開山屯，一為寧夏小松山，前者已被日本侵略者掠奪殆盡。新中國成立以後，由於工業發展的需要，開始了鉻鐵礦的尋找與勘查工作。５０年代初東北重工業部組隊赴開山屯、地質部組隊進入寧夏小松山及河北高寺台、大廟一帶開展了工作。６０年代在北京密雲、甘肅肅北進行了鉻鐵礦普查工作，最後發現了密雲縣放馬峪鉻鐵礦和肅北的大道爾吉鉻鐵礦。但是我國鉻鐵礦資源的真正突破應該說是在新疆和西藏發現鉻鐵礦之後。新疆開展鉻鐵礦工作是在５０年代後期，１９５８年進行放射性測量時發現了薩爾托海鉻鐵礦，１９５９～１９６４年又用重力、磁力和鑽探方法找到了鯨魚鉻鐵礦。１９６４～１９６６年地質部在新疆組織了會戰。１９７０年鯨魚礦山建成投產，這是當時我國唯一正規建井開拓的鉻鐵礦礦山。西藏鉻鐵礦是在５０年代末、６０年代初發現的，經過多年工作，探明了我國最大的鉻鐵礦礦床——羅布莎鉻鐵礦，並使西藏成了我國鉻鐵礦的主要產地。[4]
地理分布
中國已查明的56個鉻鐵礦區分布於全國13個省、市、自治區。其中以西藏為最多，保有儲量425.1萬噸，占全國總保有儲量的39.4%。其次是內蒙古，保有儲量174.4萬噸，占16.5%；新疆，保有儲量165.2萬噸，占15.3%；甘肅，保有儲量149.6萬噸，占13.6%。以上4個省（區）保有儲量合計為914.3萬噸，占全國總保有儲量的84.8%。其餘北京、青海、河北、吉林、湖北、陝西、山西、四川、雲南等9個省（市、自治區）保有儲量合計只有163.6萬噸，僅占全國總保有儲量的15.2%。如按行政區看，主要集中在西南區（426.3萬噸，占39.6%）、西北區（370.6萬噸，占34.4%）、華北區（274.9萬t，占25.5%），而東北和中南兩行政區只占0.5%，華東區目前尚未查明有鉻鐵礦儲量。
冶煉過程
鉻鐵是鉻和鐵組成的鐵合金，是煉鋼的重要合金添加劑。冶煉鉻鐵用的鉻鐵礦一般要求含Cr2O340～50%，鉻與鐵比值大於2.8。大量生產的含鉻50%的「裝料級鉻鐵」，用含Cr2O3和鉻與鐵比值較低的礦石。
鉻鐵按不同含碳量分為碳素鉻鐵（包括裝料級鉻鐵）、中碳鉻鐵、低碳鉻鐵、微碳鉻鐵等。常用的還有硅鉻合金、氮化鉻鐵等。鉻鐵主要用作煉鋼的合金添加劑，過去都在煉鋼的精煉後期加入。冶煉不鏽鋼等低碳鋼種，必須使用低、微碳鉻鐵，因而精煉鉻鐵生產一度得到較大規模的發展。由於煉鋼工藝的改進，用AOD法（見爐外精煉）等生產不鏽鋼等鋼種時，用碳素鉻鐵（主要是裝料級鉻鐵）裝爐，因而只需在後期加低、微碳鉻鐵調整成分，所以鉻鐵生產重點是煉製碳素鉻鐵。
碳素鉻鐵用還原電爐冶煉，採用焦炭作還原劑，硅石或鋁土礦作熔劑。爐渣成分一般為SiO227～33%，MgO30～34%，Al2O326～30%，Cr2O3<9.0%。由於形成碳化鉻，產品含碳4～9%。現代冶煉鉻鐵的還原電爐容量為10000～48000千伏安，一般採用封閉固定式，冶煉電耗3000～4000千瓦？時/噸。冶煉硅鉻合金的電爐與鉻鐵還原電爐相似，冶煉方法有一步法和二步法兩種。一步法用鉻鐵礦、硅石、焦炭配加熔劑冶煉。二步法採用碳素鉻鐵、硅石、焦炭作原料進行無渣法冶煉，冶煉過程大體與硅鐵生產相仿。冶煉電耗每噸3000～4000千瓦？時左右。
中、低、微碳鉻鐵一般以硅鉻合金、鉻鐵礦和石灰為原料，用1500～6000千伏安電爐精煉脫硅，採用高鹼度爐渣操作（CaO/SiO2為1.6～1.8）。低、微碳鉻鐵還大規模地採用熱兌法進行生產。生產時用兩台電爐，一爐冶煉硅鉻合金，一爐熔化由鉻礦和石灰組成的熔渣。精煉反應分兩個階段在兩個盛桶內進行：①熔渣爐的熔渣注入第一盛桶後，把另一盛桶中已經初步脫硅的硅鉻合金兌入，由於熔渣氧化劑過剩量很大，脫硅充分，可獲得含硅低於0.8%、含碳低達0.02%的微碳鉻鐵。②第一盛桶內反應後的熔渣（含Cr2O3約15%）移至第二個盛桶後，把硅鉻電爐煉就的硅鉻合金（含硅45%）熱兌入渣內，反應後得到初步脫硅的硅鉻合金（含硅約25%），兌入第一盛桶進一步脫硅，熔渣含Cr2O3低於2～3%可拋棄。
吹氧法精煉中、低碳鉻鐵，用液態碳素鉻鐵做原料，吹煉時向熔池中加入少量石灰、螢石造渣，出鐵前加硅鉻合金或硅鐵以回收渣中的鉻。微碳鉻鐵的吹煉則在一定真空度下才有可能。
真空固態脫碳法精煉，用磨細的高碳鉻鐵為原料，其中磨細的高碳鉻鐵的一部分經氧化焙燒作氧化劑，配加水玻璃或其他粘合劑，壓成團塊，經低溫乾燥後，在車底式真空爐內，於真空度0.5～10毫米汞柱、溫度1300～1400℃下加熱還原35～50小時，可得到含碳低於0.03%甚至低於0.01%的微碳鉻鐵。
鉻通過中間介質：鉻鐵合金的熔合進入鐵，鋼材和許多超合金里。方法是用碳和/或硅在高溫的電弧熔爐里通過火法冶金還原鉻鐵礦石。鉻鐵合金本質上是鐵和鉻的一種合金並人為地加入相當量的碳和硅。
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