Chroommetaal wordt het meest erkend voor zijn gebruik bij verchromen (dat vaak eenvoudigweg 'chroom' wordt genoemd), maar het grootste gebruik ervan is als een ingrediënt in roestvrij staal . Beide toepassingen profiteren van de chroomhardheid, corrosiebestendigheid en het vermogen om te worden gepolijst voor een glanzend uiterlijk.
eigenschappen
- Atoom symbool: Cr
- Atoomnummer: 24
- Atomaire massa: 51.996 g / mol 1
- Elementcategorie: Transition Metal
- Dichtheid: 7,19 g / cm3 bij 20 ° C
- Smeltpunt: 3465 ° F (1907 ° C)
- Kookpunt: 4840 ° F (2671 ° C)
- Moh's hardheid: 5.5
Kenmerken
Chroom is een hard, grijs metaal dat wordt gewaardeerd om zijn ongelooflijke corrosiebestendigheid. Zuiver chroom is magnetisch en bros, maar wanneer het wordt gelegeerd, kan het smeedbaar en gepolijst worden tot een heldere, zilveren afwerking.
Chroom ontleent zijn naam aan khrōma, een Grieks woord dat kleur betekent, vanwege zijn vermogen om levendige, kleurrijke verbindingen te produceren, zoals chroomoxide.
Geschiedenis
In 1797 produceerde de Franse chemicus Nicolas-Louis Vauguelin het eerste zuivere chroommetaal door Crocoite (een chroomhoudend mineraal) te behandelen met kaliumcarbonaat en vervolgens het resulterende chroomzuur te reduceren met koolstof in een grafietsmeltkroes.
Hoewel chroomverbindingen al duizenden jaren in kleurstoffen en verven worden gebruikt, was het niet lang na Vauguelin's ontdekking dat het gebruik van chroom in metaaltoepassingen zich begon te ontwikkelen.
Aan het einde van de 19e en het begin van de 20e eeuw experimenteerden metallurgen in Europa actief met metaallegeringen , waarbij ze probeerden sterkere en duurzamere staalsoorten te produceren.
In 1912, tijdens zijn werk bij Firth Brown Laboratories in het Verenigd Koninkrijk, was metaalbewerker Harry Brearley belast met het vinden van een veerkrachtiger metaal voor geweerlopen.
Hij voegde chroom, waarvan bekend was dat het een hoog smeltpunt had, toe aan traditioneel koolstofstaal en produceerde het eerste roestvrij staal. Tegelijkertijd ontwikkelden anderen, waaronder Elwood Haynes in de VS en ingenieurs bij Krupp in Duitsland, ook chroombevattende staallegeringen. Met de ontwikkeling van de elektrische boogoven, volgde kort daarna grootschalige productie van roestvrij staal.
In dezelfde periode werd ook onderzoek gedaan naar elektroplaatteringsmetalen, waardoor goedkopere metalen, zoals ijzer en nikkel , op de corrosieweerstand van hun buitenchromium en de esthetische kwaliteiten ervan konden worden aangebracht. De eerste chromen functies verschenen op auto's en high-end klokken in de late jaren 1920.
Productie
Industriële chroomproducten omvatten chroommetaal, ferrochroom, chroomchemicaliën en gietzand. In de afgelopen jaren is er een trend geweest naar grotere verticale integratie bij de productie van chroommaterialen. Dat wil zeggen, meer bedrijven zijn betrokken bij de winning van chromieterts en verwerken het ook tot chroommetaal, ferrochroom en uiteindelijk roestvrij staal.
In 2010 bedroeg de wereldwijde productie van chromieterts (FeCr 2 O 4 ), het primaire mineraal dat werd gewonnen voor de productie van chroom, 25 miljoen ton.
De productie van ferrochroom was ongeveer 7 miljoen ton, terwijl de productie van chroommetaal ongeveer 40.000 ton bedroeg. Ferrochroom wordt uitsluitend geproduceerd met behulp van elektrische boogovens, terwijl chroommetaal kan worden geproduceerd via elektrolytische, silico-thermische en aluminothermische methoden.
Tijdens de productie van ferrochroom veroorzaakt de hitte die wordt veroorzaakt door elektrische vlamboogovens, die 2800 ° C (2870 ° C) bereikt, steenkool en cokes om chroomerts te verminderen door een carbothermische reactie. Als voldoende materiaal is gesmolten in de vuurhaard van de oven, wordt het gesmolten metaal afgevoerd en gestold in grote gietstukken voordat het wordt geplet.
De aluminothermische productie van zeer zuiver chroommetaal is goed voor meer dan 95% van het chroommetaal dat tegenwoordig wordt geproduceerd. De eerste stap in dit proces is dat het chromieterts wordt geroosterd met soda en kalk in de lucht bij 2000 ° F (1000 ° C), waardoor een natriumchromaat wordt aangemaakt dat calcine bevat.
Het kan uit het afvalmateriaal worden geloogd en vervolgens worden gereduceerd en geprecipiteerd als chroomoxide (Cr 2 O 3 ).
Het chroomoxide wordt vervolgens gemengd met poedervormig aluminium en in een grote kleikroes geplaatst. Bariumperoxide en magnesiumpoeder worden vervolgens op het mengsel uitgesmeerd en de smeltkroes wordt omgeven door zand (dat als isolatie fungeert).
Het mengsel wordt ontstoken, resulterend in de zuurstof van het chroomoxide dat reageert met het aluminium om aluminiumoxide te produceren en daarmee vrijgemaakt gesmolten chroommetaal dat 97-99% zuiver is.
Volgens de statistieken van de US Geological Survey waren de grootste producenten van chromieterts in 2009 Zuid-Afrika (33%), India (20%) en Kazachstan (17%). De grootste ferrochroomproducerende bedrijven zijn Xstrata , Eurasian Natural Resources Corp. (Kazachstan), Samancor (Zuid-Afrika) en Hernic Ferrochrome (Zuid-Afrika).
toepassingen
Volgens de International Development Association for Chromium, van het totale chromieterts dat in 2009 werd gewonnen, werd 95,2% verbruikt door de metallurgische industrie, 3,2% door de vuurvaste en gieterijindustrie en 1,6% door chemische producenten. De belangrijkste toepassingen voor chroom zijn in roestvrij staal, gelegeerde staalsoorten en non-ferro-legeringen.
Roestvast staal verwijst naar een reeks staalsoorten die tussen 10% en 30% chroom bevatten (op basis van gewicht) en die niet zo gemakkelijk corroderen of roesten als gewone staalsoorten. Er zijn tussen de 150 en 200 verschillende roestvrijstalen composities, hoewel slechts ongeveer 10% hiervan regelmatig wordt gebruikt.
bronnen:
Sully, Arthur Henry en Eric A. Brandes. Chromium . Londen: Butterworths, 1954.
Straat, Arthur. & Alexander, WO 1944. Metalen in de dienst van de mens . 11e editie (1998).
De International Chromium Development Association (ICDA).
Bron: www.icdacr.com
Chromium Superalloy-handelsnamen
| Handelsnaam | Chromium-gehalte (% gewicht) |
|---|---|
| Hastelloy-X® | 22 |
| WI-52® | 21 |
| Waspaloy® | 20 |
| Nimonic® | 20 |
| IN-718® | 19 |
| Roestvrij staal | 17-25 |
| Inconel® | 14-24 |
| Udimet-700® | 15 |