クロムの性質
クロム（元素記号Cr、原子番号24、相対原子質量51.996）は、周期表の第VIB族遷移金属元素です。クロム金属は体心立方晶で、銀白色、密度7.1g/cm³、融点1860℃、沸点2680℃、25℃における比熱容量23.35J/(mol·K)、蒸発熱342.1kJ/mol、熱伝導率91.3W/(m·K)（0～100℃）、抵抗率（20℃）13.2μΩ·cmで、機械的特性に優れています。
クロムには+2、+3、+4、+5、+6の5つの価数があります。内因性作用の条件下では、クロムは一般的に+3の価数です。+3価のクロムを含む化合物が最も安定しています。クロム塩を含む+6価のクロム化合物は強い酸化性を持っています。Cr3+、Al3+、Fe3+のイオン半径は似ているため、類似性の範囲が広くなります。さらに、クロムと置換可能な元素はマンガン、マグネシウム、ニッケル、コバルト、亜鉛などであるため、クロムはマグネシウム鉄ケイ酸塩鉱物や副成分鉱物に広く分布しています。
応用
クロムは現代産業において最も広く使用されている金属の一つです。主にステンレス鋼や各種合金鋼の製造に、フェロアロイ（フェロクロムなど）の形で用いられています。クロムは硬度が高く、耐摩耗性、耐熱性、耐食性に優れています。クロム鉱石は冶金、耐火材料、化学工業、鋳造業など幅広い分野で利用されています。
冶金産業では、クロム鉱石は主にフェロクロムや金属クロムの製錬に使用されます。クロムは鋼の添加剤として、ステンレス鋼、耐酸鋼、耐熱鋼、ボールベアリング鋼、ばね鋼、工具鋼など、高強度、耐食性、耐摩耗性、耐高温性、耐酸化性に優れた特殊鋼の製造に使用されます。クロムは鋼の機械的特性と耐摩耗性を向上させることができます。金属クロムは主にコバルト、ニッケル、タングステンなどの元素との特殊合金の製錬に使用されます。クロムめっきやクロム化処理により、鋼、銅、アルミニウムなどの金属に耐食性のある、光沢があり美しい表面を形成できます。
耐火物業界において、クロム鉱石はクロムレンガ、クロムマグネシアレンガ、高機能耐火物、その他の特殊耐火物（クロムコンクリート）の製造に使用される重要な耐火材料です。クロム系耐火物には、主にクロム鉱石とマグネシアを含むレンガ、焼結マグネシアクロムクリンカー、溶融マグネシアクロムレンガ、溶融微粉砕後に結合させたマグネシアクロムレンガなどがあります。これらは、平炉、誘導炉、冶金転炉、セメント産業の回転炉の炉内張りなどに広く使用されています。
鋳造業界において、クロム鉱石は注湯工程中に溶鋼中の他の元素と反応せず、熱膨張係数が低く、金属浸透に対する耐性があり、ジルコンよりも冷却性能に優れています。鋳造用クロム鉱石には、化学組成と粒度分布に関して厳しい要件が課せられます。
化学工業において、クロムの最も直接的な用途は、二クロム酸ナトリウム（Na2Cr2O7・H2O）溶液の製造であり、その後、顔料、繊維、電気めっき、皮革製造などの産業で使用される他のクロム化合物や触媒を製造することである。
微粉砕されたクロム鉱石粉末は、ガラス、セラミック、釉薬タイルなどの製造における天然着色剤として用いられます。二クロム酸ナトリウムを用いて皮革を処理・劣化させると、皮革中のタンパク質（コラーゲン）と炭水化物が化学物質と反応して安定した複合体を形成し、これが皮革製品の基礎となります。繊維産業では、二クロム酸ナトリウムは布地の染色における媒染剤として用いられ、染料分子を有機化合物に効果的に付着させることができます。また、染料や中間体の製造における酸化剤としても使用されます。
クロム鉱物
自然界には50種類以上のクロム含有鉱物が発見されているが、そのほとんどはクロム含有量が少なく、分布も散在しているため、工業的な利用価値は低い。これらのクロム含有鉱物は、酸化物、クロム酸塩、ケイ酸塩のほか、水酸化物、ヨウ素酸塩、窒化物、硫化物など多岐にわたる。中でも、窒化クロムと硫化クロムは隕石中にのみ見られる。
クロム鉱石亜族の鉱物種として、クロム鉱石はクロムの唯一の重要な工業用鉱物です。理論化学式は (MgFe)Cr2O4 で、Cr2O3 の含有量が 68%、FeO が 32% を占めます。その化学組成では、三価陽イオンは主に Cr3+ であり、Al3+、Fe3+、Mg2+、Fe2+ の同形置換がよく見られます。実際に生産されるクロム鉱石では、Fe2+ の一部が Mg2+ に置換され、Cr3+ がさまざまな程度で Al3+ と Fe3+ に置換されることがよくあります。クロム鉱石のさまざまな成分間の同形置換の完全な程度は一定ではありません。4 次配位陽イオンは主にマグネシウムと鉄であり、マグネシウムと鉄の間で完全な同形置換が見られます。四区分法によれば、クロム鉄鉱はマグネシウムクロム鉄鉱、鉄マグネシウムクロム鉄鉱、苦鉄質鉄クロム鉄鉱、鉄クロム鉄鉱の4つのサブグループに分類できます。また、クロム鉄鉱には少量のマンガン、チタン、バナジウム、亜鉛の均質混合物が含まれていることがよくあります。クロム鉄鉱の構造は通常のスピネル型です。
4. クロム精鉱の品質基準
冶金用クロム鉱石は、処理方法（鉱化処理と天然鉱石）の違いにより、精鉱（G）と塊鉱（K）の2種類に分類されます。詳細は下表をご覧ください。
冶金用クロム鉱石の品質要件
クロム鉱石選鉱技術
1) 再選
現在、重力分離はクロム鉱石の選鉱において重要な位置を占めています。水媒体中の緩い層状構造を基本とする重力分離法は、依然として世界中でクロム鉱石を濃縮する主要な方法です。重力分離装置はらせんシュートと遠心濃縮機で構成され、処理可能な粒径範囲は比較的広くなっています。一般的に、クロム鉱物と脈石鉱物の密度差は0.8g/cm3以上であり、100μm以上の粒径であれば重力分離で満足のいく結果が得られます。粗い塊状（100～0.5mm）の鉱石は、重液選鉱によって選別または予備選別され、これは非常に経済的な選鉱方法です。
2) 磁気分離
磁気分離は、鉱石中の鉱物の磁気特性の差を利用して、不均一な磁場中で鉱物を分離する選鉱方法です。クロム鉄鉱は磁性が弱いため、垂直リング型高勾配磁気分離機、湿板型磁気分離機などの装置で分離できます。世界各地のクロム鉱石産出地域で産出されるクロム鉱物の比磁化率係数はそれほど大きく異なりませんが、様々な地域で産出される鉄マンガン重石の比磁化率係数と類似しています。
高品位クロム精鉱を得るために磁気分離を用いる場合、2つの状況が考えられます。1つは、弱い磁場下で鉱石中の強磁性鉱物（主に磁鉄鉱）を除去してフェロクロムの比率を高める場合、もう1つは、強い磁場を用いて脈石鉱物を分離し、クロム鉱石（弱磁性鉱物）を回収する場合です。
3) 電気選択
電気分離とは、導電率や誘電率の違いといった鉱物の電気的性質を利用して、クロム鉱石とケイ酸塩脈石鉱物を分離する方法である。
4) 浮選
重力分離の過程で、微細粒（-100μm）のクロム鉱石は尾鉱として廃棄されることが多いが、このサイズのクロム鉱石は依然として高い利用価値を持つため、浮選法を用いて低品位の微細粒状クロム鉱石を回収することができる。尾鉱中に20%〜40%のCr2O3を含むクロム鉱石と、脈石鉱物として蛇紋石、カンラン石、ルチル、炭酸カルシウムマグネシウム鉱物を浮選する。鉱石は200μmまで細かく粉砕され、水ガラス、リン酸塩、メタリン酸塩、フッ素ケイ酸塩などがスラッジの分散と抑制に使用され、不飽和脂肪酸が捕集剤として使用される。脈石スラッジの分散と抑制は浮選プロセスにとって非常に重要である。鉄や鉛などの金属イオンはクロム鉱石を活性化することができる。スラリーのpH値が6未満の場合、クロム鉱石はほとんど浮上しない。要するに、浮選試薬の消費量が多く、精鉱の品位が不安定で、回収率が低い。脈石鉱物から溶出したCa2+とMg2+が浮選プロセスの選択性を低下させる。
5) 化学的選鉱
化学法は、物理的方法では分離できない、または物理的方法のコストが比較的高い特定のクロム鉱石を直接処理する方法です。化学法で生産される精鉱のCr/Fe比は、通常の物理的方法よりも高くなります。化学法には、選択的浸出、酸化還元、溶融分離、硫酸およびクロム酸浸出、還元および硫酸浸出などがあります。物理化学的方法の組み合わせと、化学法によるクロム鉱石の直接処理は、今日のクロム鉱石選鉱における主要なトレンドの1つです。化学法は、鉱石からクロムを直接抽出し、炭化クロムと酸化クロムを生産することができます。
投稿日時：2021年4月30日