सामान्य खनिजांचे संचयन-क्रोमियम धातुकचे गुणधर्म आणि शुद्धीकरण तंत्रज्ञान

क्रोमियमचे स्वरूप

क्रोमियम, मूलद्रव्य चिन्ह Cr, अणुक्रमांक २४, सापेक्ष अणुवस्तुमान ५१.९९६, हे रासायनिक मूलद्रव्यांच्या आवर्त सारणीतील गट VIB मधील संक्रमण धातू मूलद्रव्य आहे. क्रोमियम धातू हा काय-केंद्रित घन स्फटिक असून, चांदीसारखा पांढरा आहे. त्याची घनता ७.१ ग्रॅम/सेमी³, वितळणबिंदू १८६०℃, उत्कलणबिंदू २६८०℃, २५℃ तापमानावर विशिष्ट उष्णता धारकता २३.३५ जूल/(मोल·केल्विन), बाष्पीभवन उष्णता ३४२.१ किलोजूल/मोल, औष्णिक वाहकता ९१.३ वॅट/(मीटर·केल्विन) (०-१००°से), रोधकता (२०°से) १३.२ मायक्रोओहम·सेमी असून, त्यात उत्तम यांत्रिक गुणधर्म आहेत.

क्रोमियमच्या पाच संयुजा आहेत: +2, +3, +4, +5 आणि +6. अंतर्जात क्रियेच्या परिस्थितीत, क्रोमियम सामान्यतः +3 संयुजेचा असतो. +त्रिसंयुजी क्रोमियम असलेली संयुगे सर्वात स्थिर असतात. क्रोमियम क्षारांसहित, +षटसंयुजी क्रोमियम संयुगांमध्ये तीव्र ऑक्सिडीकारक गुणधर्म असतात. Cr3+, Al3+ आणि Fe3+ यांच्या आयनिक त्रिज्या समान असल्यामुळे, त्यांच्यात मोठ्या प्रमाणात साम्य आढळू शकते. याव्यतिरिक्त, क्रोमियमच्या जागी वापरता येणारे घटक म्हणजे मॅंगनीज, मॅग्नेशियम, निकेल, कोबाल्ट, झिंक इत्यादी, त्यामुळे क्रोमियम मॅग्नेशियम आयर्न सिलिकेट खनिजे आणि सहायक खनिजांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर आढळतो.

अर्ज

क्रोमियम हा आधुनिक उद्योगात सर्वाधिक वापरल्या जाणाऱ्या धातूंपैकी एक आहे. याचा उपयोग प्रामुख्याने स्टेनलेस स्टील आणि फेरोअलॉय (जसे की फेरोक्रोम) स्वरूपातील विविध मिश्र पोलादांच्या उत्पादनात केला जातो. क्रोमियममध्ये कठीणपणा, झीज-प्रतिरोधकता, उष्णता-प्रतिरोधकता आणि गंज-प्रतिरोधकता हे गुणधर्म आहेत. क्रोमियमच्या धातुकचा वापर धातुशास्त्र, रिफ्रॅक्टरी मटेरियल्स, रासायनिक उद्योग आणि फाउंड्री उद्योगांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर केला जातो.

धातुकाम उद्योगात, क्रोमियम धातुक प्रामुख्याने फेरोक्रोम आणि धातुरूप क्रोमियम प्रगलन करण्यासाठी वापरले जाते. स्टेनलेस स्टील, आम्ल-प्रतिरोधक स्टील, उष्णता-प्रतिरोधक स्टील, बॉल बेअरिंग स्टील, स्प्रिंग स्टील, टूल स्टील इत्यादींसारखे विविध प्रकारचे उच्च-शक्तीचे, गंज-प्रतिरोधक, झीज-प्रतिरोधक, उच्च-तापमान आणि ऑक्सिडेशन-प्रतिरोधक विशेष स्टील तयार करण्यासाठी क्रोमियमचा स्टीलमध्ये एक मिश्रक म्हणून वापर केला जातो. क्रोमियम स्टीलचे यांत्रिक गुणधर्म आणि झीज-प्रतिरोधकता वाढवू शकते. धातुरूप क्रोमियमचा उपयोग प्रामुख्याने कोबाल्ट, निकेल, टंगस्टन आणि इतर घटकांसह विशेष मिश्रधातू प्रगलन करण्यासाठी केला जातो. क्रोम प्लेटिंग आणि क्रोमायझिंगमुळे स्टील, तांबे, ॲल्युमिनियम आणि इतर धातूंवर एक गंज-प्रतिरोधक पृष्ठभाग तयार होऊ शकतो, जो चमकदार आणि सुंदर दिसतो.

रिफ्रॅक्टरी उद्योगात, क्रोमियम धातुक हे एक महत्त्वाचे रिफ्रॅक्टरी मटेरियल आहे, जे क्रोम विटा, क्रोम मॅग्नेशिया विटा, प्रगत रिफ्रॅक्टरीज आणि इतर विशेष रिफ्रॅक्टरी मटेरियल (क्रोम काँक्रीट) बनवण्यासाठी वापरले जाते. क्रोमियम-आधारित रिफ्रॅक्टरीजमध्ये प्रामुख्याने क्रोम धातुक आणि मॅग्नेशियाच्या विटा, सिंटर्ड मॅग्नेशिया-क्रोम क्लिंकर, वितळलेल्या मॅग्नेशिया-क्रोम विटा, आणि वितळवून, बारीक दळून नंतर जोडलेल्या मॅग्नेशिया-क्रोम विटा यांचा समावेश होतो. त्यांचा वापर ओपन हर्थ फर्नेस, इंडक्शन फर्नेस इत्यादींमध्ये, तसेच सिमेंट उद्योगातील मेटलर्जिकल कन्व्हर्टर आणि रोटरी फर्नेस लायनिंग इत्यादींमध्ये मोठ्या प्रमाणावर केला जातो.

फाउंड्री उद्योगात, क्रोमियम धातुक ओतण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान वितळलेल्या पोलादातील इतर घटकांशी आंतरक्रिया करत नाही, त्याचा औष्णिक प्रसरण गुणांक कमी असतो, ते धातूच्या प्रवेशास प्रतिरोधक असते आणि त्याची थंड करण्याची क्षमता झिरकॉनपेक्षा चांगली असते. फाउंड्रीसाठी वापरल्या जाणाऱ्या क्रोम धातुकवर रासायनिक रचना आणि कणांच्या आकार वितरणाबाबत कठोर आवश्यकता असतात.

रासायनिक उद्योगात, क्रोमियमचा सर्वात थेट वापर सोडियम डायक्रोमेट (Na2Cr2O7·H2O) द्रावण तयार करण्यासाठी आणि नंतर रंगद्रव्ये, वस्त्रोद्योग, इलेक्ट्रोप्लेटिंग आणि चामड्याचे उत्पादन यांसारख्या उद्योगांमध्ये वापरण्यासाठी इतर क्रोमियम संयुगे तसेच उत्प्रेरक तयार करण्यासाठी केला जातो.

बारीक दळलेली क्रोमियम धातूची पावडर ही काच, सिरॅमिक्स आणि ग्लेज्ड टाईल्सच्या उत्पादनात एक नैसर्गिक रंगद्रव्य म्हणून वापरली जाते. जेव्हा चामड्यावर प्रक्रिया करण्यासाठी सोडियम डायक्रोमेटचा वापर केला जातो, तेव्हा मूळ चामड्यामधील प्रथिने (कोलेजन) आणि कर्बोदके रासायनिक पदार्थांसोबत अभिक्रिया करून एक स्थिर संयुग तयार करतात, जे चामड्याच्या उत्पादनांचा आधार बनते. वस्त्रोद्योगात, सोडियम डायक्रोमेटचा वापर कापड रंगवण्यासाठी मॉर्डंट म्हणून केला जातो, जो रंगाचे रेणू सेंद्रिय संयुगांना प्रभावीपणे जोडू शकतो; तसेच रंग आणि मध्यवर्ती पदार्थांच्या निर्मितीमध्ये ऑक्सिडायझर म्हणूनही याचा वापर केला जाऊ शकतो.

क्रोमियम खनिज

निसर्गात ५० पेक्षा जास्त प्रकारचे क्रोमियमयुक्त खनिजे आढळून आली आहेत, परंतु त्यापैकी बहुतेकांमध्ये क्रोमियमचे प्रमाण कमी असते आणि त्यांचे वितरण विखुरलेले असते, ज्यामुळे त्यांचे औद्योगिक उपयोग मूल्य कमी असते. ही क्रोमियमयुक्त खनिजे ऑक्साईड, क्रोमेट आणि सिलिकेट या प्रकारात मोडतात, त्याव्यतिरिक्त काही हायड्रॉक्साईड, आयोडेट, नायट्राइड आणि सल्फाइड प्रकारही आढळतात. त्यांपैकी, क्रोमियम नायट्राइड आणि क्रोमियम सल्फाइड खनिजे केवळ उल्कांमध्येच आढळतात.

क्रोमियम धातुक उपकुटुंबातील एक खनिज प्रजाती म्हणून, क्रोमाइट हे क्रोमियमचे एकमेव महत्त्वाचे औद्योगिक खनिज आहे. याचे सैद्धांतिक रासायनिक सूत्र (MgFe)Cr2O4 आहे, ज्यामध्ये Cr2O3 चे प्रमाण ६८% आणि FeO चे प्रमाण ३२% आहे. त्याच्या रासायनिक रचनेत, त्रिसंयोजक कॅटायन प्रामुख्याने Cr3+ असतो आणि त्यात अनेकदा Al3+, Fe3+ आणि Mg2+, Fe2+ चे समरूपी प्रतिस्थापन आढळते. प्रत्यक्ष उत्पादित क्रोमाइटमध्ये, Fe2+ च्या जागी अनेकदा Mg2+ येतो आणि Cr3+ च्या जागी कमी-अधिक प्रमाणात Al3+ आणि Fe3+ येतात. क्रोमाइटच्या विविध घटकांमधील समरूपी प्रतिस्थापनाची संपूर्ण पातळी सुसंगत नाही. चतुर्थ-स्तरीय समन्वय कॅटायन प्रामुख्याने मॅग्नेशियम आणि लोह असतात आणि मॅग्नेशियम-लोह यांच्यात संपूर्ण समरूपी प्रतिस्थापन आढळते. चार-विभागीय पद्धतीनुसार, क्रोमाइटचे मॅग्नेशियम क्रोमाइट, लोह-मॅग्नेशियम क्रोमाइट, मॅफिक-लोह क्रोमाइट आणि लोह-क्रोमाइट या चार उपसमूहांमध्ये विभाजन केले जाऊ शकते. याव्यतिरिक्त, क्रोमाइटमध्ये अनेकदा अल्प प्रमाणात मॅंगनीज, तसेच टायटॅनियम, व्हॅनेडियम आणि झिंक यांचे एकजिनसी मिश्रण आढळते. क्रोमाइटची संरचना सामान्य स्पिनेल प्रकारची असते.

४. क्रोमियम सांद्रकाचे गुणवत्ता मानक

वेगवेगळ्या प्रक्रिया पद्धतींनुसार (खनिजीकरण आणि नैसर्गिक धातुक), धातुशास्त्रासाठी वापरल्या जाणाऱ्या क्रोमियम धातुकचे दोन प्रकारांमध्ये वर्गीकरण केले जाते: संहत (G) आणि ढेकळ धातुक (K). खालील तक्ता पहा.

धातुशास्त्रासाठी क्रोमाइट धातुकच्या गुणवत्तेच्या आवश्यकता

क्रोम अयस्क शुद्धीकरण तंत्रज्ञान

१) पुनर्निवडणूक
सध्या, क्रोमियम धातूच्या शुद्धीकरणात गुरुत्वाकर्षण विलगीकरण पद्धतीला महत्त्वाचे स्थान आहे. जलीय माध्यमातील सैल थरांच्या रचनेला मूलभूत आधार मानणारी गुरुत्वाकर्षण विलगीकरण पद्धत, जगभरात क्रोमियम धातूचे संवर्धन करण्यासाठी अजूनही मुख्य पद्धत आहे. गुरुत्वाकर्षण विलगीकरण उपकरणांमध्ये स्पायरल च्युट आणि सेंट्रीफ्यूगल कॉन्सन्ट्रेटर यांचा समावेश असतो आणि प्रक्रियेसाठी कणांच्या आकाराची श्रेणी तुलनेने विस्तृत असते. साधारणपणे, क्रोमियम खनिजे आणि गँग खनिजे यांच्या घनतेतील फरक 0.8g/cm3 पेक्षा जास्त असतो आणि 100um पेक्षा मोठ्या कोणत्याही कणांच्या आकाराचे गुरुत्वाकर्षण विलगीकरण समाधानकारक परिणाम देऊ शकते. जड-माध्यम शुद्धीकरणाद्वारे जाडसर ढेकळे (100 ~ 0.5mm) असलेल्या धातूचे वर्गीकरण किंवा पूर्व-निवड केली जाते, जी एक अत्यंत किफायतशीर शुद्धीकरण पद्धत आहे.

२) चुंबकीय विलगीकरण
चुंबकीय विलगीकरण ही एक शुद्धीकरण पद्धत आहे, ज्यामध्ये धातुकमधील खनिजांच्या चुंबकीय फरकाच्या आधारावर असमान चुंबकीय क्षेत्रात खनिजांचे विलगीकरण केले जाते. क्रोमाइटमध्ये दुर्बल चुंबकीय गुणधर्म असतात आणि त्याचे विलगीकरण व्हर्टिकल रिंग हाय ग्रेडियंट मॅग्नेटिक सेपरेटर्स, वेट प्लेट मॅग्नेटिक सेपरेटर्स आणि इतर उपकरणांद्वारे केले जाऊ शकते. जगातील विविध क्रोमियम धातुक उत्पादन क्षेत्रांमध्ये उत्पादित होणाऱ्या क्रोमियम खनिजांचे विशिष्ट चुंबकीय संवेदनशीलता गुणांक फारसे भिन्न नसतात आणि ते विविध प्रदेशांमध्ये उत्पादित होणाऱ्या वोलफ्रामाइट आणि क्रोमाइटच्या विशिष्ट चुंबकीय संवेदनशीलता गुणांकांसारखेच असतात.

उच्च-दर्जाचे क्रोमियम सांद्र मिळवण्यासाठी चुंबकीय विलगीकरण वापरण्याच्या दोन पद्धती आहेत: एक म्हणजे फेरोक्रोमचे प्रमाण वाढवण्यासाठी धातुकमधील तीव्र चुंबकीय खनिजे (मुख्यतः मॅग्नेटाइट) कमी चुंबकीय क्षेत्रात काढून टाकणे, आणि दुसरी म्हणजे तीव्र चुंबकीय क्षेत्राचा वापर करून गँग खनिजांचे विलगीकरण करणे आणि क्रोमियम धातुक (कमी चुंबकीय खनिजे) परत मिळवणे.

३) इलेक्ट्रिक निवड
विद्युत विलगीकरण ही खनिजांच्या विद्युत गुणधर्मांचा, जसे की वाहकता आणि डायलेक्ट्रिक स्थिरांकातील फरक, वापर करून क्रोमियम धातुक आणि सिलिकेट गँग खनिजे वेगळे करण्याची एक पद्धत आहे.

४) तरंगणे
गुरुत्वाकर्षण विलगीकरणाच्या प्रक्रियेत, बारीक कणांचे (-१०० मायक्रॉन) क्रोमाइट धातुक अनेकदा टाकाऊ पदार्थ म्हणून टाकून दिले जाते, परंतु या आकाराच्या क्रोमाइटला अजूनही उच्च उपयोगिता मूल्य आहे, म्हणून कमी प्रतीचे बारीक कणांचे क्रोमाइट धातुक परत मिळवण्यासाठी प्लवन पद्धतीचा वापर केला जाऊ शकतो. टाकाऊ पदार्थांमध्ये २०% ते ४०% Cr2O3 असलेल्या क्रोमियम धातुकाचे आणि गँग खनिजे म्हणून सर्पेंटाइन, ऑलिव्हिन, रुटाइल व कॅल्शियम मॅग्नेशियम कार्बोनेट खनिजांचे प्लवन केले जाते. धातुक २०० मायक्रॉनपर्यंत बारीक दळले जाते, गाळ विखुरण्यासाठी आणि त्याला रोखण्यासाठी वॉटर ग्लास, फॉस्फेट, मेटाफॉस्फेट, फ्लोरोसिलिकेट इत्यादींचा वापर केला जातो आणि संग्राहक म्हणून असंतृप्त फॅटी ऍसिडचा वापर केला जातो. गँग गाळाचे विखुरणे आणि त्याला रोखणे हे प्लवन प्रक्रियेसाठी खूप महत्त्वाचे आहे. लोह आणि शिसे यांसारखे धातू आयन क्रोमाइटला सक्रिय करू शकतात. जेव्हा स्लरीचे pH मूल्य ६ पेक्षा कमी असते, तेव्हा क्रोमाइट सहसा तरंगत नाही. थोडक्यात, फ्लोटेशन अभिकर्मकांचा वापर जास्त असतो, संहत दर्जा अस्थिर असतो आणि पुनर्प्राप्तीचा दर कमी असतो. गँग खनिजांमधून विरघळलेले Ca2+ आणि Mg2+ फ्लोटेशन प्रक्रियेची निवडक्षमता कमी करतात.

५) रासायनिक शुद्धीकरण
रासायनिक पद्धत ही अशा विशिष्ट क्रोमाइट धातुकांवर थेट प्रक्रिया करण्यासाठी वापरली जाते, जे भौतिक पद्धतींनी वेगळे करता येत नाहीत किंवा ज्यांच्या भौतिक पद्धतीचा खर्च तुलनेने जास्त असतो. रासायनिक पद्धतीद्वारे उत्पादित केलेल्या सांद्रकाचे Cr/Fe गुणोत्तर सामान्य भौतिक पद्धतीपेक्षा जास्त असते. रासायनिक पद्धतींमध्ये निवडक लीचिंग, ऑक्सिडेशन रिडक्शन, मेल्टिंग सेपरेशन, सल्फ्यूरिक ॲसिड आणि क्रोमिक ॲसिड लीचिंग, रिडक्शन आणि सल्फ्यूरिक ॲसिड लीचिंग इत्यादींचा समावेश होतो. भौतिक-रासायनिक पद्धतींचे संयोजन आणि रासायनिक पद्धतींद्वारे क्रोमियम धातुकावर थेट प्रक्रिया करणे, हे आज क्रोमाइट शुद्धीकरणातील मुख्य प्रवाहांपैकी एक आहे. रासायनिक पद्धतींद्वारे धातुकातून थेट क्रोमियम काढता येतो आणि क्रोमियम कार्बाइड व क्रोमियम ऑक्साइड तयार करता येतात.