[ Hồ sơ kim loại ] Crom - Linh hồn của thép không gỉ

Nếu bạn làm việc trong ngành vật liệu thép không gỉ, chắc hẳn bạn đã biết đến khả năng chống ăn mòn tuyệt vời của thép không gỉ là nhờ nguyên tố Crom trong thành phần phản ứng với Oxi tạo thành một lớp màng mỏng bao bọc bên ngoài bề mặt vật liệu giúp nó không bỉ ăn mòn & oxi hóa. Vậy Crom là gì? Cùng Inoxgiare.vn tìm hiểu kỹ về kim loại Crom trong bài viết này nhé.

Crom (Cr) là gì?

Crom (Tiếng anh: Chromium) còn được gọi là Crôm, có nguồn gốc từ khrōma, một từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là màu sắc, do khả năng tạo ra các hợp chất sinh động, đầy màu sắc, chẳng hạn như oxit crôm. Crom là nguyên tố phổ biến thứ 21 trong vỏ Trái Đất. Crom được khai thác dưới dạng quặng cromit (FeCr₂O₄). Gần một nửa quặng cromit trên thế giới được khai thác tại Nam Phi, bên cạnh đó Kazakhstan, Ấn Độ và Thổ Nhĩ Kỳ cũng là các khu vực sản xuất đáng kể.

Tính chất hóa học của Crom

• Ký hiệu nguyên tử: Cr
• Số nguyên tử: 24
• Khối lượng nguyên tử: 51.996g / mol 1
• Danh mục yếu tố: Kim loại chuyển tiếp
• Mật độ: 7,19 g / cm 3 ở 20 ° C
• Điểm nóng chảy: 3465 ° F (1907 ° C)
• Điểm sôi: 4840 ° F (2671 ° C)
• Độ cứng của Moh: 5.5

Đặc điểm của Crom

Crom là một kim loại cứng, màu xám có giá trị cho khả năng chống ăn mòn đáng kinh ngạc của nó. Crom nguyên chất là từ tính và giòn, nhưng khi hợp kim có thể được làm cho dễ uốn và được đánh bóng cho một kết thúc màu bạc sáng.

Các trạng thái ôxi hóa phổ biến của crom là +2, +3 và +6, với +3 là ổn định nhất. Các trạng thái +1, +4 và +5 là khá hiếm. Các hợp chất của crom với trạng thái ôxi hóa +6 là những chất có tính ôxi hóa mạnh. Trong không khí, crom được ôxy thụ động hóa, tạo thành một lớp mỏng ôxít bảo vệ trên bề mặt, ngăn chặn quá trình ôxi hóa tiếp theo đối với kim loại ở phía dưới.Crom có mạng tinh thể lập phương tâm khối.

Crom kim loại và các hợp chất crom (III) thông thường không được coi là nguy hiểm cho sức khỏe, nhưng các hợp chất crom hóa trị sáu (Crom VI) lại độc hại nếu như nuốt hoặc hít phải.

Lịch sử hình thành Crom

Năm 1797, nhà hóa học người Pháp Nicolas-Louis Vauguelin đã điều chế thành công kim loại crom nguyên chất đầu tiên bằng cách xử lý crocoite (khoáng sản có chứa crom) với kali cacbonat và sau đó làm giảm axit cromic với cacbon trong nồi nấu graphite.

Trong khi các hợp chất crôm đã được sử dụng trong thuốc nhuộm và sơn trong hàng ngàn năm, nó vẫn chưa được phát hiện sau khi Vauguelin phát hiện ra rằng việc sử dụng crom trong các ứng dụng kim loại bắt đầu phát triển nó.

Vào cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, các nhà luyện kim ở châu Âu đã tích cực thử nghiệm với các hợp kim kim loại , cố gắng sản xuất thép mạnh hơn và bền hơn .

Năm 1912, khi làm việc tại Phòng thí nghiệm Firth Brown ở Anh, nhà luyện kim Harry Brearley được giao nhiệm vụ tìm kiếm một kim loại đàn hồi hơn.

Ông bổ sung crom, được biết là có điểm nóng chảy cao, với thép cacbon truyền thống, sản xuất thép không gỉ đầu tiên. Tuy nhiên, vào khoảng thời gian đó, những người khác, kể cả Elwood Haynes ở Mỹ và các kỹ sư tại Krupp ở Đức, cũng đang phát triển các hợp kim thép có chứa crom. Với sự phát triển của lò hồ quang điện, sản xuất thép không gỉ quy mô lớn sau đó không lâu sau đó.

Trong cùng thời gian, nghiên cứu cũng được thực hiện trên các kim loại mạ điện, cho phép kim loại rẻ hơn, chẳng hạn như sắt và niken , áp dụng khả năng chống mài mòn và ăn mòn bên ngoài của chúng, cũng như chất lượng thẩm mỹ của nó. Các tính năng chrome đầu tiên xuất hiện trên xe hơi và đồng hồ cao cấp vào cuối những năm 1920.

Phương pháp sản xuất Crom

Các sản phẩm crôm công nghiệp bao gồm crôm kim loại, ferrochrome, hóa chất crom và cát đúc. Trong những năm gần đây, đã có một xu hướng hướng tới sự tích hợp dọc lớn hơn trong sản xuất vật liệu crom. Đó là, nhiều công ty tham gia vào việc khai thác quặng cromit cũng đang chế biến nó thành kim loại crom, ferrochrome và cuối cùng là thép không gỉ.

Năm 2010 sản xuất toàn cầu quặng cromit (FeCr₂O₄ ), khoáng sản chính được chiết xuất để sản xuất crôm là 25 triệu tấn.

Hình: Quặng cromit (FeCr₂O₄)

Sản xuất Ferrochrome khoảng 7 triệu tấn, trong khi sản xuất kim loại crom là khoảng 40.000 tấn. Ferrochromium được sản xuất chỉ bằng cách sử dụng lò hồ quang điện, trong khi kim loại crôm có thể được sản xuất thông qua các phương pháp điện phân, silico-nhiệt và nhiệt năng.

Trong quá trình sản xuất ferrochrome, nhiệt được tạo ra bởi lò hồ quang điện, đạt tới 5070 ° F (2800 ° C), khiến than và than cốc giảm quặng crôm thông qua phản ứng carbothermic. Một khi vật liệu đủ đã được nấu chảy trong lò sưởi, kim loại nóng chảy được thoát ra và được đông đặc lại trong các vật đúc lớn trước khi bị nghiền nát.

Sản xuất aluminothermic có độ tinh khiết cao crom kim loại chiếm hơn 95% kim loại crom được sản xuất ngày nay. Bước đầu tiên trong quá trình này đòi hỏi quặng cromit được nung bằng soda và vôi trong không khí ở 2000 ° F (1000 ° C), tạo ra một natri cromat có chứa calcine.

Nó có thể được lọc ra khỏi chất thải và sau đó giảm và kết tủa oxit crom (Cr₂O₃ ).

Ôxit crom sau đó được trộn với nhôm bột và được đưa vào một nồi đất sét lớn. Barium peroxide và magiê bột sau đó được lan truyền vào hỗn hợp, và nồi nấu được bao quanh bởi cát (hoạt động như vật liệu cách nhiệt).

Hỗn hợp này được đốt cháy, dẫn đến ôxy từ oxit crom phản ứng với nhôm để tạo ra oxit nhôm và do đó giải phóng kim loại crom nóng chảy có độ tinh khiết 97-99%.

Theo số liệu thống kê khảo sát địa chất Mỹ, các nhà sản xuất quặng crôm lớn nhất trong năm 2009 là Nam Phi (33%), Ấn Độ (20%) và Kazakhstan (17%). Các công ty sản xuất Ferô lớn nhất bao gồm Xstrata , Eurasian Natural Resources Corp (Kazakhstan), Samancor (Nam Phi), và Hernic Ferô (Nam Phi).

Ứng dụng của Crom trong thực tế

Theo Hiệp hội Phát triển Quốc tế về Crom, có hơn 95% lượng Crom được ngành công nghiệp luyện kim tiêu thụ, khoảng 3% bởi ngành công nghiệp vật liệu chịu nhiệt và đúc kim loại, và 2% bởi các nhà sản xuất hóa chất. Ứng dụng chính của Crom là sản xuất thép không gỉ, thép hợp kim và hợp kim màu.

Thép không gỉ đề cập đến một loạt các loại thép có chứa từ 10% đến 33% lượng crom trong thành phần. Nhờ vào phản ứng hóa học giữa Crom và Oxi giúp cho thép không gỉ không bị ăn mòn hoặc rỉ sét dễ dàng như thép thông thường. Tham khảo các bài viết về thép không gỉ inox sus 201, 304, 316, 430... tại đây

Nguồn tham khảo: https://vi.wikipedia.org/wiki/Crom