Хромит — это кристаллический минерал, состоящий в основном из соединений оксида железа (II) и оксида хрома (III) . Его можно представить химической формулой FeCr 2 O 4 . Это оксидный минерал, принадлежащий к группе шпинели . Элемент магний может замещать железо в различных количествах, поскольку он образует твердый раствор с магнезиохромитом (MgCr 2 O 4 ). [6] Также может происходить замещение элемента алюминия , что приводит к герциниту (FeAl 2 O 4 ). [7] Сегодня хромит добывают, в частности, для производства нержавеющей стали путем производства феррохрома (FeCr), который представляет собой сплав железа и хрома. [8]
Хромитовые зерна обычно встречаются в крупных основных магматических интрузиях, таких как Бушвельд в Южной Африке и Индии. Хромит имеет железно-черный цвет с металлическим блеском , темно-коричневой полосой и твердостью по шкале Мооса 5,5. [9]
Хромитовые минералы в основном встречаются в мафит-ультрамафитовых магматических интрузиях , а также иногда встречаются в метаморфических породах . Хромитовые минералы встречаются в слоистых образованиях, которые могут быть длиной в сотни километров и толщиной в несколько метров. [10] Хромит также распространен в железных метеоритах и образуется в ассоциации с силикатами и троилитовыми минералами. [11]
Химический состав хромита можно представить как FeCr 2 O 4 , с железом в степени окисления +2 и хромом в степени окисления +3. [5] Боксит, когда представлен в виде руды или в массивной форме, образует мелкие зернистые агрегаты. Структура руды может быть представлена как пластинчатая, с разрывами вдоль плоскостей ослабления. Хромит также может быть представлен в тонком сечении. Зерна, видимые в тонких сечении, вкраплены кристаллами, которые являются идиоморфными или субиоморфными . [12]
Хромит содержит Mg, двухвалентное железо [Fe(II)], Al и следовые количества Ti. [5] Хромит может превращаться в различные минералы в зависимости от количества каждого элемента в минерале. Хромит является частью группы шпинели , что означает, что он способен образовывать полный ряд твердых растворов с другими членами той же группы. К ним относятся такие минералы, как ченмингит (FeCr 2 O 4 ), ксиит (FeCr 2 O 4 ), магнезиохромит (MgCr 2 O 4 ) и магнетит (Fe 2+ Fe 3+ 2 O 4 ). Ченмингит и ксиит являются полиморфами хромита, в то время как магнезиохромит и магнетит изоструктурны хромиту. [5]
Хромит встречается в виде массивных и зернистых кристаллов и очень редко в виде октаэдрических кристаллов. Двойникование этого минерала происходит в плоскости {III}, как описано законом шпинели . [5]
Зерна минералов обычно имеют небольшой размер. Однако были обнаружены зерна хромита размером до 3 см. Эти зерна, как видно, кристаллизуются из жидкости метеоритного тела, где есть низкие количества хрома и кислорода. Крупные зерна связаны со стабильными пересыщенными условиями, наблюдаемыми из метеоритного тела. [11]
Хромит является важным минералом, помогающим определить условия формирования горных пород. Он может вступать в реакции с различными газами, такими как CO и CO 2 . Реакция между этими газами и твердыми зернами хромита приводит к восстановлению хромита и позволяет образовывать сплавы железа и хрома . Также может происходить образование карбидов металлов в результате взаимодействия с хромитом и газами. [13]
Хромит, как видно, образуется на ранней стадии процесса кристаллизации . Это позволяет хромиту быть устойчивым к изменению эффектов высоких температур и давлений, наблюдаемых в метаморфических рядах. Он способен проходить через метаморфические ряды без изменений. Другие минералы с более низким сопротивлением, как видно, изменяются в этом ряду в такие минералы, как серпентин , биотит и гранат . [14]
Хромит встречается в виде ортокумулятивных линз в перидотите из мантии Земли . Он также встречается в слоистых ультрамафических интрузивных породах. [15] Кроме того, он встречается в метаморфических породах, таких как некоторые серпентиниты . Рудные месторождения хромита образуются как ранние магматические дифференциаты. Он обычно ассоциируется с оливином , магнетитом , серпентином и корундом . [16] Обширный Бушвельдский магматический комплекс Южной Африки представляет собой крупное слоистое магматическое тело от основного до ультрамафического состава , некоторые слои которого на 90% состоят из хромита, образуя редкий тип породы хромитит (ср. хромит - минерал и хромитит - порода, содержащая хромит). [17] Стиллуотерский магматический комплекс в Монтане также содержит значительное количество хромита. [3]
Хромит, пригодный для коммерческой добычи, находится всего в нескольких очень крупных месторождениях. Существует 2 основных типа месторождений хромита: стратиформные месторождения и подиформные месторождения. Стратиформные месторождения в слоистых интрузиях являются основным источником ресурсов хромита и находятся в Южной Африке , Канаде , Финляндии и Мадагаскаре . Ресурсы хромита из подиформных месторождений в основном находятся в Казахстане , Турции и Албании . Зимбабве является единственной страной, которая содержит заметные запасы хромита как в стратиформных, так и в подиформных месторождениях. [18]
Стратиформные месторождения формируются как крупные пластообразные тела, обычно сформированные в слоистых основных и ультраосновных магматических комплексах. Этот тип месторождений используется для получения 98% мировых запасов хромита. [19]
Обычно считается, что стратиформные отложения имеют докембрийский возраст и находятся в кратонах . Основные и ультраосновные магматические провинции, в которых формируются эти отложения, вероятно, были внедрены в континентальную кору , которая могла содержать граниты или гнейсы . Формы этих интрузий описываются как пластинчатые или воронкообразные. Табличные интрузии были размещены в форме силлов , причем слоистость этих интрузий была параллельной. Примеры таких пластинчатых интрузий можно увидеть в магматическом комплексе Стиллуотер и реке Берд . Видно, что воронкообразные интрузии погружаются к центру интрузии. Это придает слоям в этой интрузии синклинальную формацию. Примеры этого типа интрузии можно увидеть в магматическом комплексе Бушвельд и Великой Дайке . [19]
Хромит можно увидеть в стратиформных отложениях в виде нескольких слоев, которые состоят из хромитита . Толщина этих слоев колеблется от 1 см до 1 м. Боковые глубины могут достигать длины 70 км. Хромитит является основной породой в этих слоях, причем 50–95% его состоит из хромита, а остальное состоит из оливина , ортопироксена , плагиоклаза , клинопироксена и различных продуктов изменения этих минералов. Признак воды в магме определяется по наличию коричневой слюды . [19]
Подиформные отложения наблюдаются в офиолитовых последовательностях. Стратиграфия офиолитовой последовательности представлена глубоководными осадками, подушечными лавами , сплошными дайками , габбро и ультраосновными тектонитами . [19]
Эти отложения встречаются в ультраосновных породах, особенно в тектонитах. Видно, что обилие подиформных отложений увеличивается к вершине тектонитов. [19]
Подиформные отложения имеют неправильную форму. «Под» — это термин, используемый геологами для выражения неопределенной морфологии этого месторождения. Это месторождение показывает слоистость , параллельную слоистости вмещающей породы. Подиформные отложения описываются как несогласные, субсогласные и согласные. Хромит в подиформных отложениях формируется в виде ксеноморфных зерен. Руды, наблюдаемые в этом типе месторождений, имеют узловатую текстуру и представляют собой рыхло упакованные конкреции размером от 5 до 20 мм. Другие минералы, наблюдаемые в подиформных отложениях, — это оливин , ортопироксен , клинопироксен , паргасит , Na-слюда , альбит и жадеит . [19]
Хром, извлеченный из хромита, используется в больших масштабах во многих отраслях промышленности, включая металлургию, гальванопокрытие, краски, дубление и производство бумаги. Загрязнение окружающей среды шестивалентным хромом является серьезной проблемой для здоровья и окружающей среды. Хром наиболее стабилен в своей трехвалентной форме (Cr(III)), которая встречается в стабильных соединениях, таких как природные руды. Cr(III) является важным питательным веществом, необходимым для метаболизма липидов и глюкозы у животных и людей. Напротив, вторая по стабильности форма, шестивалентный хром (Cr(VI)), обычно производится в результате деятельности человека и редко встречается в природе (например, в крокоите ), и является высокотоксичным канцерогеном, который может убить животных и людей при попадании в организм в больших дозах. [20]
Влияние на здоровье
Когда добывают хромитовую руду , она предназначена для производства феррохрома и производит хромитовый концентрат с высоким соотношением хрома к железу. [21] Его также можно измельчать и обрабатывать. Хромитовый концентрат, при сочетании с восстановителем, таким как уголь или кокс , и высокотемпературной печью, может производить феррохром . Феррохром - это тип ферросплава , который является сплавом между хромом и железом. Этот ферросплав, а также хромитовый концентрат могут вызывать различные последствия для здоровья. Внедрение определенного подхода к контролю и отдельных методов смягчения может обеспечить важность, связанную с безопасностью здоровья человека. [22]
Когда хромитовая руда подвергается воздействию поверхностных условий, может произойти выветривание и окисление . Элемент хром наиболее распространен в хромите в форме трехвалентного (Cr-III). Когда хромитовая руда подвергается воздействию надземных условий, Cr-III может быть преобразован в Cr-VI , который является шестивалентным состоянием хрома. Cr-VI производится из Cr-III посредством сухого измельчения или шлифования руды. Это связано с влажностью процесса измельчения, а также с атмосферой , в которой происходит измельчение. Влажная среда и не содержащая кислорода атмосфера являются идеальными условиями для производства меньшего количества Cr-VI, в то время как противоположное, как известно, создает больше Cr-VI. [23]
Производство феррохрома , как наблюдалось, выбрасывает в воздух загрязняющие вещества , такие как оксиды азота , оксиды углерода и оксиды серы , а также пылевые частицы с высокой концентрацией тяжелых металлов, таких как хром , цинк , свинец , никель и кадмий . Во время высокотемпературной плавки хромитовой руды для производства феррохрома , Cr-III преобразуется в Cr-VI. Как и в случае с хромитовой рудой, феррохром измельчается и , следовательно, производит Cr-VI. Таким образом, Cr-VI попадает в пыль при производстве феррохрома . Это создает риски для здоровья, такие как потенциал вдыхания и выщелачивания токсинов в окружающую среду. Воздействие хрома на человека происходит через пищеварение, контакт с кожей и вдыхание. Хром-III и VI будут накапливаться в тканях людей и животных. Выведение этого типа хрома из организма, как правило, происходит очень медленно, что означает, что повышенные концентрации хрома можно наблюдать десятилетия спустя в тканях человека. [23]
Воздействие на окружающую среду
Добыча хромита, производство хрома и феррохрома может оказывать токсическое воздействие на окружающую среду. [23] Добыча хромита необходима, когда речь идет о производстве экономических товаров . [24]
В результате выщелачивания почв и явных сбросов от промышленной деятельности, выветривания пород, содержащих хром, попадет в водную толщу. Путь поглощения хрома растениями все еще неоднозначен, но поскольку это несущественный элемент, хром не будет иметь четкого механизма для этого поглощения, который независим от видообразования хрома. [25] Исследования растений показали, что токсическое воздействие хрома на растения включает такие вещи, как увядание, узкие листья, задержка или снижение роста, снижение выработки хлорофилла , повреждение корневых мембран, мелкие корневые системы, смерть и многое другое. [23] Структура хрома похожа на структуру других существенных элементов, что означает, что он может влиять на минеральное питание растений. [25]
Во время промышленной деятельности и производства такие вещи, как осадок, вода, почва и воздух, загрязняются и загрязняются хромом. Шестивалентный хром оказывает негативное воздействие на экологию почвы, поскольку он снижает присутствие, функционирование и разнообразие почвенных микроорганизмов. [23] Концентрации хрома в почве различаются в зависимости от различного состава отложений и пород, из которых состоит почва. Хром, присутствующий в почве, представляет собой смесь как Cr(VI), так и Cr(III). [25] Некоторые типы хрома, такие как Chromium-VI, обладают способностью проникать в клетки организмов. Частицы пыли от промышленных операций и промышленные сточные воды загрязняют поверхностные воды, грунтовые воды и почвы. [23]
В водной среде хром может подвергаться таким процессам, как растворение , сорбция , осаждение , окисление , восстановление и десорбция . [25] В водных экосистемах хром биоаккумулируется в беспозвоночных, водных растениях, рыбе и водорослях. Эти токсические эффекты будут проявляться по-разному, поскольку такие факторы, как пол, размер и стадия развития организма, могут различаться. Такие факторы, как температура воды, ее щелочность, соленость, pH и другие загрязнители, также будут влиять на эти токсические эффекты на организмы. [23]
_(15188887016).jpg/1280px-thumbnail.jpg)
Хромит может быть использован в качестве огнеупорного материала, поскольку он обладает высокой термостойкостью . [26] Хром, извлеченный из хромита, используется в хромировании и легировании для производства коррозионно-стойких суперсплавов , нихрома и нержавеющей стали . Хром используется в качестве пигмента для стекла, глазури и краски, а также в качестве окислителя для дубления кожи. [27] Иногда его также используют в качестве драгоценного камня . [28]
Обычно известный как хром, это очень важный промышленный металл. Он твердый и устойчив к коррозии. Он используется для таких вещей, как цветные сплавы, производство нержавеющей стали, химикатов, обрабатывающих кожу, и создание пигментов. Нержавеющая сталь обычно содержит около 18 процентов хрома. Хром в нержавеющей стали — это материал, который затвердевает, делая ее устойчивой к коррозии. [29]
Большинство блестящих автомобильных деталей хромированы. Суперсплавы, содержащие хром, позволяют реактивным двигателям работать в условиях высоких напряжений, в химически окислительной среде и в условиях высоких температур. [29]
Фарфоровая плитка часто производится с различными цветами и пигментациями . Обычным фактором, влияющим на цвет быстрообожженной фарфоровой плитки, является черный (Fe,Cr)
2О
3пигмент, который является довольно дорогим и синтетическим . Природный хромит позволяет использовать недорогую и неорганическую альтернативу дорогостоящей пигментации (Fe,Cr)
2О
3и позволяет не допускать существенных изменений или модификаций микроструктуры и механических свойств плиток при их внедрении. [30]
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )