Хромит — 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 шпинелей . Элемент магний может заменять железо в различных количествах, поскольку он образует твердый раствор с магнезиохромитом (MgCr 2 O 4 ). [6] Также может произойти замещение элемента алюминием , приводящее к герциниту (FeAl 2 O 4 ). [7] Сегодня хромит добывается, в частности, для производства нержавеющей стали посредством производства феррохрома (FeCr), который представляет собой сплав железа с хромом. [8]
Зерна хромита 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 встречаются главным образом в мафит-ультрамафитовых магматических интрузиях , а также иногда встречаются в метаморфических породах . Хромитовые минералы встречаются в слоистых образованиях, длина которых может составлять сотни километров, а толщина - несколько метров. [10] Хромит также часто встречается в железных метеоритах и образуется в сочетании с силикатами и минералами троилита . [11]
Химический состав хромита можно представить как FeCr 2 O 4 , где железо находится в степени окисления +2 , а хром - в степени окисления +3. [5] Хромит, представленный в виде руды или в массивной форме, образует мелкие зернистые агрегаты. Структура руды пластинчатая , с изломами по плоскостям слабости. Хромит также может быть представлен в шлифе. Зерна, видимые в шлифах, вкраплены кристаллами идиоморфной или субэдрической формы . [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 , а это означает, что он способен образовывать полный ряд твердых растворов с другими членами той же группы. К ним относятся такие минералы, как хенмингит (FeCr 2 O 4 ), ксиеит (FeCr 2 O 4 ), магнезиохромит (MgCr 2 O 4 ) и магнетит (Fe 2+ Fe 3+ 2 O 4 ). Ченмингит и ксиеит являются полиморфными модификациями хромита, тогда 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} по закону шпинели . [5]
Зерна минералов обычно имеют небольшой размер. Однако были обнаружены зерна хромита размером до 3 см. Видно, что эти зерна кристаллизуются из жидкости метеоритного тела , в которой содержится небольшое количество хрома и кислорода. Крупные зерна связаны со стабильными условиями перенасыщения, видимыми с тела метеорита. [11]
Хромит — важный минерал, помогающий 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 образованию сплавов железа и хрома . Также возможно образование карбидов металлов в результате взаимодействия с хромитом и газами. [13]
Видно, что хромит образуется на ранней стадии процесса кристаллизации . Это позволяет хромиту быть устойчивым к воздействиям высоких температур и давлений, наблюдаемым в метаморфической серии. Он способен без изменений проходить через метаморфический ряд. Другие минералы с более низким сопротивлением, как видно, заменяются в этом ряду минералами, такими как серпентин , биотит и гранат . [14]
Хромит встречается в виде ортокумулятивных линз в перидотите мантии Земли . Он также встречается в слоистых ультраосновных интрузивных породах. [15] Кроме того, он встречается в метаморфических породах, таких как некоторые серпентиниты . Рудные месторождения хромитов формируются как ранние магматические дифференциаты. Обычно он ассоциируется с оливином , магнетитом , серпентином и корундом . [16] Обширный Бушвелдский магматический комплекс в Южной Африке представляет собой большое слоистое магматическое тело от основного до ультраосновного с некоторыми слоями, состоящими на 90% из хромита, образующими редкий тип породы хромитит (ср. хромит, минерал и хромитит, порода, содержащая хромит). [17] Магматический комплекс Стиллуотер в Монтане также содержит значительное количество хромита. [3]
Хромит, пригодный для промышленной добычи, встречается лишь в нескольких очень крупных месторождениях. Существует два основных типа месторождений хромитов: стратиформные и подиформные. Стратиформные месторождения в расслоенных интрузиях — основной источник ресурсов хромитов — расположены в ЮАР , Канаде , Финляндии , на Мадагаскаре . Ресурсы хромитов из спорообразных месторождений сосредоточены главным образом в Казахстане , Турции и Албании . Зимбабве — единственная страна, которая содержит значительные запасы хромитов как в стратиформных, так и в подиформных месторождениях. [18]
Стратиформные отложения представлены крупными пластинчатыми телами, обычно сформированными в расслоенных базит - ультраосновных магматических комплексах. На этом типе месторождения добывается 98% мировых запасов хромитов. [19]
Стратиформные отложения обычно имеют докембрийский возраст и встречаются в кратонах . Магматические провинции от основных до ультраосновных , в которых образуются эти отложения, вероятно, были внедрены в континентальную кору , которая могла содержать граниты или гнейсы . Формы этих интрузий описываются как таблитчатые или воронкообразные. Таблитчатые интрузии располагались в виде силлов с параллельной слоистостью этих интрузий. Примеры этих табличных вторжений можно увидеть в магматическом комплексе Стиллуотер и Берд-Ривер . Видно, что воронкообразные интрузии падают к центру интрузии. Это придает слоям в этом интрузии синклинальное образование. Примеры такого типа вторжений можно увидеть в Бушвельдском магматическом комплексе и Великой Дайке . [19]
Хромит можно увидеть в стратиформных отложениях в виде нескольких слоев, состоящих 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 остальная часть состоит из оливина , ортопироксена , плагиоклаза , клинопироксена и различных продуктов изменения этих минералов. Признак воды в магме определяется наличием коричневой слюды . [19]
Видно, что в толщах офиолитов встречаются стручковые отложения . Стратиграфия офиолитовой толщи представлена глубоководными океаническими отложениями, подушечными лавами , пластинчатыми дайками , габбро и ультраосновными тектонитами . [19]
Эти месторождения встречаются в ультраосновных породах, особенно в тектонитах. Видно, что к кровле тектонитов обилие стручковых отложений увеличивается. [19]
Подиформные отложения имеют неправильную форму. «Под» — это термин, данный геологами для обозначения неопределенной морфологии этого месторождения. На этом месторождении наблюдается расслоение , параллельное расслоению вмещающей породы. Подиформные отложения характеризуются дискордантными, субсогласными и конкордантными. Хромит в подиформных отложениях образует ксеноморфные зерна. Руды этого типа месторождений имеют узловатую текстуру и представляют собой рыхлые конкреции размером 5–20 мм. Другими минералами, встречающимися в стручковых отложениях, являются оливин , ортопироксен , клинопироксен , паргасит , Na-слюда , альбит и жадеит . [19]
Хром, извлеченный из хромита, широко используется во многих отраслях промышленности, включая металлургию, гальванику, краску, 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 человека. Напротив, вторая наиболее стабильная форма, шестивалентный хром (Cr(VI)), обычно образуется в результате деятельности человека и редко встречается в природе (например, крокоит ), и является высокотоксичным канцерогеном, который может привести к гибели животных и людей при попадании в организм. большие дозы. [20]
Влияние на здоровье
Добыча хромитовой руды направлена на производство феррохрома и дает хромитовый концентрат с высоким соотношением хрома и железа. [21] Его также можно измельчить и переработать. Хромитовый концентрат в сочетании с восстановителем , таким как уголь или кокс , и в высокотемпературной печи может дать феррохром . Феррохром — это разновидность ферросплава , который представляет собой сплав между хромом и железом. Этот ферросплав, как и хромитовый концентрат, может оказывать различное воздействие на здоровье. Внедрение четкого подхода к контролю и отдельных методов смягчения последствий может повысить важность безопасности здоровья человека. [22]
Когда хромитовая руда подвергается воздействию поверхностных условий, могут произойти выветривание и окисление . Элемент хром наиболее распространен в хромите в трехвалентной форме (Cr-III). Когда хромитовая руда подвергается воздействию надземных условий, Cr-III может превращаться в Cr-VI , который представляет собой шестивалентное состояние хрома. Cr-VI получают из Cr-III путем сухого помола или измельчения руды. Это происходит из-за влажности процесса помола, а также атмосферы, в которой происходит помол. Влажная среда и бескислородная атмосфера являются идеальными условиями для производства меньшего количества Cr-VI, в то время как, как известно, наоборот, образуется больше Cr-VI. [23]
Замечено, что при производстве феррохрома в воздух выбрасываются такие загрязняющие вещества , как оксиды азота , оксиды углерода и оксиды серы , а также частицы пыли с высокой концентрацией тяжелых металлов , таких как хром , цинк , свинец , никель и кадмий . Во время высокотемпературной плавки хромитовой руды для получения феррохрома Cr-III превращается в Cr-VI. Как и хромитовая руда, феррохром измельчается и, следовательно, производит Cr-VI. Поэтому Cr-VI попадает в пыль при производстве феррохрома . Это создает риски для здоровья, такие как возможность вдыхания и вымывания токсинов в окружающую среду. Воздействие хрома на человека происходит при проглатывании, контакте с кожей и вдыхании. Хром-III и VI будут накапливаться в тканях человека и животных. Выведение этого типа хрома из организма имеет тенденцию быть очень медленным, а это означает, что повышенные концентрации хрома можно наблюдать десятилетия спустя в тканях человека. [23]
Воздействие на окружающую среду
Добыча хромита, производство хрома и феррохрома могут оказывать токсичное воздействие на окружающую среду. [23] Добыча хромита необходима, когда дело доходит до производства экономических товаров . [24]
В результате вымывания почв и явных сбросов в результате промышленной деятельности в водную толщу попадут выветривания горных пород, содержащих хром. Путь поглощения хрома растениями до сих пор неясен, но, поскольку это несущественный элемент, у хрома не будет четкого механизма этого поглощения, независимого от видообразования хрома. [25] Исследования растений показали, что токсическое воздействие хрома на растения включает такие явления, как увядание, узкие листья, задержка или замедление роста, снижение выработки хлорофилла , повреждение корневых мембран, маленькая корневая система, гибель и многое другое. [23] Структура хрома аналогична структуре других незаменимых элементов, что означает, что он может влиять на минеральное питание растений. [25]
Во время промышленной деятельности и производства такие вещи, как отложения, вода, почва и воздух, загрязняются и загрязняются хромом. Шестивалентный хром оказывает негативное воздействие на экологию почвы, поскольку он уменьшает присутствие, функции и разнообразие почвенных микроорганизмов. [23] Концентрация хрома в почве варьируется в зависимости от различного состава отложений и горных пород, из которых состоит почва. Хром, присутствующий в почве, представляет собой смесь Cr(VI) и Cr(III). [25] Некоторые типы хрома, такие как хром-VI , способны проникать в клетки организмов. Частицы пыли от промышленной деятельности и промышленные сточные воды загрязняют и загрязняют поверхностные и подземные 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, рыбах и водорослях. Эти токсические эффекты будут действовать 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 загрязнения, также оказывают токсическое воздействие на организмы. [23]
Токсикологические тесты, проведенные в лабораториях на крысах и мышах, предоставляют информацию о дозах хрома в пище или воде, которые вызывают проблемы со здоровьем у млекопитающих, такие как репродуктивный вред, замедление роста и выживаемости, изменения в поведении и рак. [23]
Хром имеет решающее значение для хорошего здоровья, поскольку его достаточное количество должно помочь при непереносимости глюкозы у людей. [26] Исследования показали, что добавки хрома могут быть полезны для людей с резистентностью к инсулину и диабетом второго типа . Хром снижает уровень глюкозы и повышает чувствительность к инсулину. Некоторые исследования также показали, что хром может помочь при синдроме поликистозных яичников (СПКЯ). [27] К отличным диетическим источникам относятся такие продукты, как зародыши пшеницы, брокколи, субпродукты и грибы. [26]
_(15188887016).jpg/1280px-thumbnail.jpg)
Хромит можно использовать в качестве огнеупорного материала, поскольку он обладает высокой термостойкостью . [28] Хром, извлеченный из хромита, используется при хромировании и легировании для производства коррозионностойких суперсплавов , нихрома и нержавеющей стали . Хром используется как пигмент для стекла, глазурей и красок, а также как окислитель при дублении кожи. [29] Его также иногда используют в качестве драгоценного камня . [30]
Обычно известный как хром, это очень важный промышленный металл. Он твердый и устойчивый к коррозии. Его используют для таких вещей, как цветные сплавы, производство нержавеющей стали, химикатов для обработки кожи и создания пигментов. Нержавеющая сталь обычно содержит около 18 процентов хрома. Хром в нержавеющей стали — это материал, который затвердевает, делая ее устойчивой к коррозии. [26]
Самая блестящая отделка автомобиля хромированная. Суперсплавы, содержащие хром, позволяют реактивным двигателям работать в условиях высоких нагрузок, в химически окислительной среде и в условиях высоких температур. [26]
Керамогранитная плитка часто производится в различных цветах и пигментациях . Обычно цвет быстрообжигаемого керамогранита зависит от черного цвета (Fe, Cr).
2О
3пигмент, который довольно дорогой и является синтетическим . Природный хромит позволяет создать недорогую и неорганическую альтернативу дорогим пигментам (Fe,Cr).
2О
3и позволяет избежать существенного изменения или модификации микроструктуры и механических свойств плиток при их введении. [31]
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )