크롬의 본질
크롬(원소 기호 Cr, 원자 번호 24, 상대 원자 질량 51.996)은 주기율표 6족(VIB)의 전이 금속 원소입니다. 크롬 금속은 체심 입방정계 구조를 가지며, 은백색을 띠고, 밀도는 7.1g/cm³, 녹는점은 1860℃, 끓는점은 2680℃, 25℃에서의 비열은 23.35J/(mol·K), 기화열은 342.1kJ/mol, 열전도율은 91.3W/(m·K)(0~100℃), 비저항(20℃)은 13.2μΩ·cm이며, 우수한 기계적 특성을 나타냅니다.
크롬은 +2, +3, +4, +5, +6의 다섯 가지 원자가를 가지고 있습니다. 체내에서 일반적으로 +3가의 크롬으로 존재하며, +3가 크롬 화합물이 가장 안정합니다. 크롬염을 포함한 +6가 크롬 화합물은 강한 산화력을 나타냅니다. Cr³⁺, Al³⁺, Fe³⁺ 이온의 반지름이 유사하여 다양한 치환이 가능합니다. 또한, 크롬은 망간, 마그네슘, 니켈, 코발트, 아연 등과 같은 원소와 치환될 수 있기 때문에 마그네슘-철 규산염 광물 및 부수 광물에 널리 분포합니다.
애플리케이션
크롬은 현대 산업에서 가장 널리 사용되는 금속 중 하나입니다. 주로 스테인리스강 및 다양한 합금강 생산에 페로합금(예: 페로크롬) 형태로 사용됩니다. 크롬은 경도가 높고 내마모성, 내열성, 내식성이 뛰어납니다. 크롬 광석은 야금, 내화물, 화학 산업 및 주조 산업에서 널리 사용됩니다.
야금 산업에서 크롬 광석은 주로 페로크롬과 금속 크롬을 제련하는 데 사용됩니다. 크롬은 스테인리스강, 내산강, 내열강, 볼 베어링강, 스프링강, 공구강 등 다양한 고강도, 내식성, 내마모성, 고온 내성, 내산화성 특수강을 생산하는 데 강철 첨가제로 사용됩니다. 크롬은 강철의 기계적 특성과 내마모성을 향상시킬 수 있습니다. 금속 크롬은 주로 코발트, 니켈, 텅스텐 등의 원소와 함께 특수 합금을 제련하는 데 사용됩니다. 크롬 도금 및 크롬화 처리는 강철, 구리, 알루미늄 등의 금속에 내식성이 뛰어나고 광택이 좋으며 아름다운 표면을 형성합니다.
내화물 산업에서 크롬 광석은 크롬 벽돌, 크롬 마그네시아 벽돌, 고급 내화물 및 기타 특수 내화물(크롬 콘크리트)을 만드는 데 사용되는 중요한 내화물입니다. 크롬계 내화물은 주로 크롬 광석과 마그네시아를 함유한 벽돌, 소결 마그네시아-크롬 클링커, 용융 마그네시아-크롬 벽돌, 용융 후 미세 분쇄하여 접합한 마그네시아-크롬 벽돌 등으로 구성됩니다. 이러한 내화물은 노천로, 유도 가열로 등 야금 전로 및 시멘트 산업의 회전로 내벽 등에 널리 사용됩니다.
주조 산업에서 크롬 광석은 용융강 주입 과정에서 다른 원소와 반응하지 않고, 열팽창 계수가 낮으며, 금속 침투에 대한 저항성이 뛰어나고, 지르콘보다 냉각 성능이 우수합니다. 주조용 크롬 광석은 화학 조성 및 입자 크기 분포에 대한 엄격한 요구 사항을 충족해야 합니다.
화학 산업에서 크롬의 가장 직접적인 용도는 이크롬산나트륨(Na2Cr2O7·H2O) 용액을 생산하는 것이며, 이를 통해 안료, 섬유, 전기 도금, 가죽 제조 등의 산업에서 사용되는 다른 크롬 화합물과 촉매를 제조합니다.
미세하게 분쇄된 크롬 광석 분말은 유리, 도자기 및 유약 타일 생산에 사용되는 천연 착색제입니다. 중크롬산나트륨을 사용하여 가죽을 가공하면 원래 가죽에 함유된 단백질(콜라겐)과 탄수화물이 화학 물질과 반응하여 안정적인 복합체를 형성하며, 이는 가죽 제품의 기초가 됩니다. 섬유 산업에서는 중크롬산나트륨이 직물 염색 시 매염제로 사용되어 염료 분자를 유기 화합물에 효과적으로 결합시키는 역할을 하며, 염료 및 중간체 제조 시 산화제로도 사용됩니다.
크롬 광물
자연에서 발견된 크롬 함유 광물은 50종이 넘지만, 대부분 크롬 함량이 낮고 분포가 불규칙적이어서 산업적 활용 가치가 낮습니다. 이러한 크롬 함유 광물은 산화물, 크롬산염, 규산염을 비롯하여 수산화물, 요오드산염, 질화물, 황화물 등 다양한 형태로 존재합니다. 그중 크롬 질화물과 크롬 황화물은 운석에서만 발견됩니다.
크롬 광석 아족에 속하는 광물 종으로서, 크롬철광은 크롬의 유일한 중요 산업 광물입니다. 이론적인 화학식은 (MgFe)Cr2O4이며, Cr2O3 함량이 68%, FeO 함량이 32%입니다. 화학 조성에서 3가 양이온은 주로 Cr3+이며, Al3+, Fe3+, Mg2+, Fe2+ 등의 동형 치환이 흔히 일어납니다. 실제 생산되는 크롬철광에서는 Fe2+의 일부가 Mg2+로 치환되고, Cr3+는 Al3+와 Fe3+로 다양한 정도로 치환됩니다. 크롬철광의 여러 구성 요소 간의 완전한 동형 치환은 일정하지 않습니다. 4차 배위 양이온은 주로 마그네슘과 철이며, 마그네슘과 철 사이에는 완전한 동형 치환이 일어납니다. 사분법에 따르면 크롬철광은 마그네슘 크롬철광, 철-마그네슘 크롬철광, 고철질-철 크롬철광, 철-크롬철광의 네 가지 하위 그룹으로 나눌 수 있다. 또한 크롬철광에는 소량의 망간, 티타늄, 바나듐, 아연의 균일 혼합물이 흔히 포함된다. 크롬철광의 구조는 일반적인 스피넬형이다.
4. 크롬 정광의 품질 기준
제련용 크롬 광석은 처리 방법(광물화 및 천연 광석)에 따라 농축광(G)과 덩어리광(K)의 두 가지 유형으로 나뉩니다. 아래 표를 참조하십시오.
야금용 크롬광석의 품질 요구사항
크롬 광석 선별 기술
1) 재선거
현재 중력분리법은 크롬광석 선광에서 중요한 위치를 차지하고 있습니다. 수용액 매질에서 느슨한 층화 현상을 기본 원리로 하는 중력분리법은 전 세계적으로 크롬광석을 농축하는 주요 방법으로 여전히 사용되고 있습니다. 중력분리 장비는 나선형 슈트와 원심 농축기 등으로 구성되며, 처리 가능한 입자 크기 범위는 비교적 넓습니다. 일반적으로 크롬광석과 맥석광석의 밀도 차이가 0.8g/cm³ 이상이면 100μm 이상의 입자 크기에 대해 만족스러운 중력분리 결과를 얻을 수 있습니다. 조립 광석(100~0.5mm)은 중질 선광을 통해 선별 또는 사전 선별되는데, 이는 매우 경제적인 선광 방법입니다.
2) 자기 분리
자력 분리는 광석 내 광물들의 자기적 차이를 이용하여 불균일한 자기장에서 광물을 분리하는 선광 방법입니다. 크롬광은 자성이 약하여 수직 링 고경사 자력 분리기, 습판 자력 분리기 등의 장비를 이용하여 분리할 수 있습니다. 전 세계 여러 크롬광석 생산 지역에서 생산되는 크롬광의 비자성 계수는 큰 차이가 없으며, 각 지역에서 생산되는 중석의 비자성 계수와 유사합니다.
고품질 크롬 정광을 얻기 위해 자력 분리법을 사용하는 경우는 두 가지로 나눌 수 있다. 하나는 약한 자장을 이용하여 광석 내 강자성 광물(주로 자철광)을 제거하여 페로크롬 함량을 높이는 것이고, 다른 하나는 강한 자장을 이용하여 맥석 광물을 분리하고 크롬 광석(약자성 광물)을 회수하는 것이다.
3) 전기 선택
전기분리법은 광물의 전기적 특성, 예를 들어 전도도 및 유전 상수 차이를 이용하여 크롬 광석과 규산염 맥석 광물을 분리하는 방법입니다.
4) 부유선별법
중력 분리 공정에서 미세 입자(-100μm)의 크롬철광은 종종 광미로 버려지지만, 이 크기의 크롬철광도 여전히 활용 가치가 높기 때문에 부유선별법을 이용하여 저품위의 미세 입자 크롬철광을 회수할 수 있습니다. 이 방법은 광미에 20%~40%의 Cr₂O₃를 함유한 크롬철광과 사문석, 감람석, 루틸, 탄산칼슘마그네슘 등의 맥석 광물을 부유선별하는 데 사용됩니다. 광석은 200μm까지 미세하게 분쇄하고, 규산나트륨, 인산염, 메타인산염, 불화규산염 등을 사용하여 슬러지를 분산 및 억제하며, 불포화지방산을 집광제로 사용합니다. 맥석 슬러지의 분산 및 억제는 부유선별 공정에서 매우 중요합니다. 철, 납과 같은 금속 이온은 크롬철광을 활성화시킬 수 있습니다. 슬러리의 pH 값이 6 미만이면 크롬철광은 거의 부유하지 않습니다. 요약하자면, 부유선광 시약 소모량이 많고, 정광 품위가 불안정하며, 회수율이 낮습니다. 맥석 광물에서 용해된 Ca2+ 및 Mg2+ 이온은 부유선광 공정의 선택성을 저하시킵니다.
5) 화학적 정제
화학적 방법은 물리적 방법으로는 분리할 수 없거나 물리적 방법의 비용이 상대적으로 높은 특정 크롬광석을 직접 처리하는 방법입니다. 화학적 방법으로 생산된 정광의 Cr/Fe 비율은 일반적인 물리적 방법으로 생산된 정광보다 높습니다. 화학적 방법에는 선택적 침출, 산화환원, 용융 분리, 황산 및 크롬산 침출, 환원 및 황산 침출 등이 있습니다. 물리화학적 방법과 화학적 방법을 결합한 방식, 그리고 크롬광석을 화학적 방법으로 직접 처리하는 방식은 오늘날 크롬광석 선광의 주요 추세 중 하나입니다. 화학적 방법은 광석에서 크롬을 직접 추출하고 크롬 카바이드와 크롬 산화물을 생성할 수 있습니다.
게시 시간: 2021년 4월 30일