合金元素铬的作用
不锈钢知识铬常被用来制成铬镀层,也常用作不锈钢的重要成分。这两种应用都可以通过铬获得良好的硬度、耐腐蚀性和光泽外观。
铬是一种硬质的灰色金属,因其较好的耐腐蚀性而受到重视。纯铬是磁性和脆性,但是当合金化可以制成可延展性并抛光到明亮的银色表面。铬由于能够产生生动而丰富多彩的化合物(如氧化铬)而从khrōma(一种希腊字表示颜色)中得名。
1797年,法国化学家Nicolas-Louis Vauguelin通过用碳酸钾处理含铁矿(含铬矿物),然后用石墨坩埚中的碳酸还原所得的铬酸盐,生产出第一种纯铬金属。此前铬化合物已被用于染料和油漆达上千年。
在19世纪末和20世纪初期,欧洲的冶金学家正在积极地尝试使用金属合金,试图生产更坚固耐用的钢材。在1912年,在英国的Firth Brown实验室工作时,冶金学家Harry Brearley被要求为枪管找到更具弹性的金属。他向传统的碳钢添加了已知具有高熔点的铬,生产了第一个不锈钢。然而,大约在同一时间,其他人,包括美国的Elwood Haynes和德国克虏伯的工程师,也在开发含铬钢合金。随着电弧炉的发展,不久之后大规模生产不锈钢。同时,还对电镀金属进行了研究,这使得诸如铁和镍等廉价金属能够使其外部铬的耐磨性和耐腐蚀性以及其美学品质。在20世纪20年代后期,第一款镀铬功能出现在汽车和高端钟表上。
工业铬产品包括铬金属、铬铁、铬化学品和铸造砂。近年来,越来越多的垂直整合生产铬材料的趋势。也就是说,更多的公司参与铬铁矿的开采也将其加工成铬金属,铬铁,最终是不锈钢。2010年全球铬铁矿生产(FeCr 2 O 4),铬生产提取的主要矿物为2500万吨。铬铁产量约700万吨,铬金属产量约4万吨。铬铁仅使用电弧炉生产,而铬金属可以通过电解,硅热和铝热法生产。在生产铬铁的过程中,电弧炉产生的热量达到5070 ° F(2800 ° C),导致煤和焦炭通过碳热还原反应来还原铬矿。一旦在炉膛中熔化了足够的材料,则熔融金属在被粉碎之前被排出并固化在大的铸件中。目前,高纯度铬金属的热能生产占铬金属的95%以上。该方法的第一步要求在2000 °F(1000 ℃)的空气中,用苏打和石灰将铬铁矿焙烧,产生含有煅烧的铬酸钠。这可以从废料中浸出,然后作为氧化铬(Cr 2 O 3)还原和沉淀。然后将氧化铬与粉末状铝混合并放入大型粘土坩埚中。然后将过氧化钡和镁粉扩散到混合物上,并且坩埚被沙子(其用作绝缘体)包围。混合物被点燃,导致氧化铬与铝反应产生氧化铝,从而释放纯度为97-99%的熔融铬金属。据美国地质调查局统计,2009年亚铁矿最大的生产商有南非(33%),印度(20%)和哈萨克斯坦(17%)。最大的铬铁生产公司包括Xstrata,欧亚自然资源公司(哈萨克斯坦),Samancor(南非)和Hernic Ferrochrome(南非)。