وقتی صحبت از یک فلز ارزشمند می‌شود، تنها منظور قیمت آن نیست بلکه کارایی و عملکرد آن بیشتر جلب توجه می‌کند. گاهی اوقات فلزاتی در طول تاریخ کشف شده‌اند که تاثیر بزرگی بر زندگی بشر نگذاشته‌اند. اما گاهی نیز فلزاتی کشف شده‌اند که توانسته‌اند گامی بزرگ در پیشرفت و ترقی زندگی بشر باشند. فلز کروم از دسته دوم به حساب می‌آید. ارزش این فلز بیشتر به دلیل مقاومت بسیار زیاد آن در برابر زنگ‌زدگی و فرسایش است. افزودن کروم به فولاد تاثیر قابل توجهی در جلوگیری از فرسایش و تیرگی فولاد دارد و همین موضوع باعث شد تا استفاده از فولاد در جهان به شکل شگفت آوری چندین برابر شود و کیفیت ساخت و سازهایی که از طریق آن انجام می‌شود نیز افزایش یافت. اما فلز کروم چیست و معادن آن در چه کشورهایی قرار دارد؟ کاربرد و کارایی آن در صنایع مختلف چگونه است؟ برای یافتن پاسخ این سوالات در ادامه با صباپروفیل همراه باشید تا با زبانی ساده از صفر تا صد این فلز کاربردی را برای شما توضیح دهیم.
فهرست مطالب
عنصر و فلز کروم چیست؟
کروم (Chromium) یک عنصر شیمیایی در جدول تناوبی با نماد Cr و عدد اتمی ۲۴ است. این عنصر اولین عنصر در گروه ۶ است. کروم یک فلز واسطه است که رنگی خاکستری، و سطحی براق داشته، و سخت و شکننده است. کروم افزودنی اصلی در تولید فولاد زنگ نزن است که باعث خاصیت ضد خوردگی آن می‌شود. همچنین کروم به عنوان فلزی که دارای خاصیت جلاپذیری بالا بوده و در مقابل کدر شدن نیز مقاومت بسیار خوبی دارد از اهمیت فراوانی برخوردار است. وقتی گرم می‌شود، اکسید کروم سبز رنگ را تشکیل می‌دهد. کروم در اکسیژن ناپایدار است، بلافاصله یک لایه نازک اکسیدی تولید می‌کند که در برابر اکسیژن نفوذناپذیر است و از فلز زیر محافظت می‌کند.
کاربردهای اصلی کروم در آلیاژهایی مانند فولاد ضد زنگ، آبکاری کروم و سرامیک‌های فلزی است. آبکاری کروم زمانی به‌طور گسترده برای دادن پوشش آینه نقره‌ای صیقلی به فولاد استفاده می‌شد. کروم در متالورژی برای ایجاد مقاومت در برابر خوردگی و پوشش براق استفاده می‌شود. به عنوان رنگ، نمک‌های آن، شیشه را به رنگ سبز زمردی در می‌آورند و برای تولید یاقوت‌های مصنوعی استفاده می‌شود. به عنوان یک کاتالیزور در رنگرزی و دباغی چرم؛ برای ساختن قالب برای پخت آجر نیز کاربرد دارد. اکسید کروم (IV) (CrO2) برای تولید نوار مغناطیسی استفاده می‌شود.
کاربرد کروم چیست؟
فلز کروم به عنوان یک عنصر مهم در صنعت و علم مورد استفاده قرار میگیرد. در زیر به برخی از کاربردهای فلز کروم اشاره می‌کنیم:
1. فولاد‌سازی: فلز کروم به عنوان یک عنصر اصلی در تولید فولاد استفاده می‌شود. با اضافه کردن کروم به آهن، فولاد مقاومت به زنگ زدگی، سختی و خواص مکانیکی بهتری می‌یابد. این ویژگی‌ها به فولاد قابلیت مقابله با شرایط سخت و محیط‌های خورنده را می‌دهد.
2. پوشش‌دهی: به علت خاصیت ضدزنگ فلز کروم، از آن در تولید پوشش‌هایی برای محافظت از سطوح فلزی استفاده می‌شود. به عنوان مثال، کروم به عنوان پوشش در تولید وسایل آشپزخانه، ابزارهای خودرو، تجهیزات صنعتی و غیره استفاده می‌شود.
3. صنعت خودروسازی: فلز کروم به عنوان یک عنصر کلیدی در تولید قطعات خودرو مورد استفاده قرار میگیرد. از فلز کروم برای ساخت قطعات مانند توربین‌ها، پیستون‌ها، سوپاپ‌ها و رول‌های تماس استفاده می‌شود. همچنین، فلز کروم به عنوان ماده‌ای براق و جذاب در تزئینات خودرو نیز مورد استفاده قرار میگیرد.
4. صنایع شیمیایی: فلز کروم در تولید مواد شیمیایی مانند اسیدها، کودها، رنگ‌ها و رزین‌ها مورد استفاده قرار میگیرد. همچنین، برخی ترکیبات کروم، مانند دی‌کروم‌تری‌آمین (DCTA)، در صنایع نساجی و چاپ استفاده می‌شوند.
5. صنعت نیروگاهی: فلز کروم در تولید قطعات ابر آلیاژها برای استفاده در شرایط بسیار داغ و فشار بالا مورد استفاده قرار میگیرد. قطعاتی مانند توربین‌های بخار، برج‌های خنک‌کننده و لوله‌های بخار از فلز کروم ساخته می‌شوند.
6. صنعت الکترونیک: فلز کروم در تولید قطعات الکترونیکی مانند سیم‌های خازنی، الکترودها و سوئیچ‌ها استفاده می‌شود. خاصیت الکتریکی و مقاومتی کروم آن را به یک ماده مورد استفاده در این صنعت تبدیل می‌کند. همچنین، فلز کروم در سایر صنایعی مانند صنعت داروسازی، ساخت جواهرات، ساخت ابزارهای دندانپزشکی و در تحقیقات علمی نیز کاربردهایی دارد. بعضی دیگر از این کاربردهای خاص عبارتند از:
- کاربرد در متالورژی برای مقاوم کردن در مقابل پوسیدگی و در براقی نهائی
- ساخت آلیاژها مانند فولاد ضدزنگ
- آب کاری کروم
- آلومینیوم آنادایز
- کاربرد در رنگرزی
- تمیز کردن ظروف شیشه ای آزمایشگاهی و عامل تیترات
- کاتالیزور
- ساخت قالب‌های پخت آجر
- نقاشی لعابی و رنگ کردن شیشه
- رنگ مو و رنگ‌های معمولی
- استفاده از دی اکسید کروم در تولید نوارهای مغناطیسی
کروم به عنوان سنگ معدن کرومیت (FeCr2O4) استخراج می‌شود. سنگ معدن کروم امروزه در آفریقای جنوبی، زیمباوه، فنلاند، هند، قزاقستان و فیلیپین استخراج می‌شود. در مجموع تاکنون 14 میلیون تن سنگ معدن کرومیت استخراج شده است. تخمین زده می‌شود که ذخایر آن در حدود 1 میلیارد تن در گرینلند، کانادا و ایالات متحده آمریکا باشد.
کرومیت اغلب با کربن در یک کوره احیا می‌شود و آلیاژ فروکروم را تولید می‌کند که حاوی آهن و کروم با نسبت اتمی تقریباً 1 به 2 است. برای به دست آوردن کروم خالص، ابتدا کرومیت را با قلیایی مذاب و اکسیژن تصفیه می‌کنند و تمام کروم را به کرومات قلیایی تبدیل می‌کنند و دومی در آب حل می‌شود و در نهایت به صورت دی کرومات سدیم Na2Cr2O7 رسوب می‌کند. سپس دی کرومات با کربن احیا می‌شود و به کروم سسکوئی اکسید Cr2O3 تبدیل می‌شود و آن اکسید به نوبه خود با آلومینیوم احیا می‌شود تا فلز کروم به دست آید.
مشخصات عنصر کروم
| نوع مشخصه | جزئیات |
| عدد اتمی | 24 |
| جرم اتمی | 51.9961 u |
| الکترونگاتیوی | 1.6 |
| تراکم | 7.19 g.cm-3 at 20°C |
| نقطه ذوب | 1907 درجه سانتی‌گراد |
| نقطه جوش | 2672 درجه سانتی‌گراد |
| ایزوتوپ ها | 6 |
سنگ کروم چیست؟
سنگ کروم یا کرومیت، یک سنگ معدنی است که شامل اکسید کروم (Cr2O3) می‌باشد. این سنگ معمولاً در رنگ‌های سیاه تا قهوه‌ای و نسبتاً سنگین است. کرومیت یکی از منابع اصلی کروم است که برای استخراج این فلز مورد استفاده قرار میگیرد.
استخراج کروم از سنگ کروم به وسیله روش‌های مختلفی انجام می‌شود که شامل فرآیندهای معدنکاری، خردایش، آسیاب‌کاری و استخراج از طریق روش‌های شیمیایی می‌باشد. سپس کروم به صورت فلز خالص به دست می‌آید و در صنایع مختلف استفاده می‌شود.
کروم و خاصیت ضدزنگ
فلز کروم میتواند بسیاری از فلزات دیگر را ضدزنگ کرده و از آن‌ها در برابر خوردگی و زنگ زدن محافظت کند. از همین رو یکی از آلیاژهای اصلی فولاد ضدزنگ (استنلس استیل) کروم می‌باشد. البته باید بدانید که اگر میزان کروم زیر ۴ درصد باشد، خاصیت ضدزنگ ایجاد نمی‌کند. اما حضور کروم زیر چهار درصد در کنار کربن به استحکام قطعه می‌افزاید.
ایزوتوپ‌های کروم
کروم دارای چندین ایزوتوپ است که ایزوتوپ‌های پایدار، وجود دارند. ایزوتوپ‌های پایدار کروم عبارتند از:
- کروم-۵۰ (Cr-50): ایزوتوپ کروم-۵۰ پایدارترین ایزوتوپ کروم است و حدود ۴٫۳۴٪ از تمام کروم‌های طبیعی را تشکیل می‌دهد. این ایزوتوپ کروم دارای ۲۴ پروتون و ۲۶ نوترون است. کروم-۵۰ بیشترین ثبات را در بین ایزوتوپ‌های کروم دارد.
- کروم-۵۲ (Cr-52): ایزوتوپ کروم-۵۲ نیز پایدار است و حدود ۸٫۳۰٪ از تمام کروم‌های طبیعی را تشکیل می‌دهد. ایزوتوپ کروم-۵۲ دارای ۲۴ پروتون و ۲۸ نوترون است. این ایزوتوپ در تجزیه‌پذیری هسته‌ای برای تولید سایر ایزوتوپ‌های کروم استفاده می‌شود.
- کروم-۵۳ (Cr-53): ایزوتوپ کروم-۵۳ نیز پایدار است و حدود ۹٫۵۰٪ از تمام کروم‌های طبیعی را تشکیل می‌دهد. ایزوتوپ کروم-۵۳ دارای ۲۴ پروتون و ۲۹ نوترون است. این ایزوتوپ در تجزیه‌پذیری هسته‌ای برای تولید مواد شیمیایی ردیابی‌کننده استفاده می‌شود.
- کروم-۵۴ (Cr-54): ایزوتوپ کروم-۵۴ نیز پایدار است و حدود ۲۰٫۵۵٪ از تمام کروم‌های طبیعی را تشکیل می‌دهد. ایزوتوپ کروم-۵۴ دارای ۲۴ پروتون و ۳۰ نوترون است. کروم-۵۴ برای تعیین انباشتگی رسوبات کروم در نمونه‌های زمین‌شناسی و محیط زیست استفاده می‌شود.
این ایزوتوپ‌های پایدار از نظر تعداد پروتون‌ها و نوترون‌ها متفاوت هستند ولی همگی پایدار هستند و در طبیعت وجود دارند.
تاریخچه کروم
کروم به عنوان یک عنصر در سال ۱۷۶۱ توسط یوهان گوتلوب لمن کشف شد. در طول دهه اول قرن نوزدهم از کروم بیشتر به عنوان سازه‌ای در رنگ‌ها استفاده می‌شد، اما امروزه عمده کاربرد آن که پیش‌بینی می‌شود 85 درصد باشد، در آلیاژهای فلزی است و مابقی موارد استفاده آن در صنایع شیمیایی، مواد نسوز و صنایع پایه است. در ۱۷۹۷ فلز کروم برای نخستین بار از سنگ معدنی آن جدا شد و از آن زمان تاکنون تقریباً تمام کروم جهان از سنگ معدنی کرومیت به دست می‌آید.
کروم یک عنصر نسبتاً فراوان در پوسته زمین است. فلز آزاد هرگز در طبیعت یافت نمی‌شود. اکثر سنگ معدن‌ها از کرومیت معدنی تشکیل شده‌اند که فرمول ایده آل آن FeCr2O4 است. به‌طور گسترده‌ای در رسوبات طبیعی که معمولاً با اکسیژن، منیزیم، آلومینیوم و سیلیس ترکیب هستند، پراکنده می‌شود. محتوای کروم آن‌ها از 42 تا 56 درصد متغیر است.
مضرات کروم
انواع مختلفی از کروم وجود دارد که تأثیرات آن‌ها بر موجودات مختلف متفاوت است. کروم به شکل کروم (III) و کروم (VI) از طریق فرآیندهای طبیعی و فعالیت‌های انسانی وارد هوا، آب و خاک می‌شود. عمده فعالیت‌های انسانی که باعث افزایش غلظت کروم (III) می‌شود، چرم و تولید پارچه است. فعالیت‌های اصلی انسانی که غلظت کروم (VI) را افزایش می‌دهد، تولید مواد شیمیایی، چرم و منسوجات، رنگ‌آمیزی الکتریکی و سایر کاربردهای کروم (VI) در صنعت است. این کاربردها عمدتاً باعث افزایش غلظت کروم در آب می‌شود.
بیشتر کروم موجود در هوا در نهایت ته نشین می‌شود و به آب یا خاک می‌رسد. کروم در خاک به شدت به ذرات خاک چسبده و در نتیجه به سمت آب‌های زیرزمینی حرکت نمی‌کند. در آب، کروم بر روی رسوبات جذب شده و بی حرکت می‌شود. فقط بخش کوچکی از کروم که در آب قرار میگیرد در نهایت حل می‌شود.
غلظت بالای کروم، به دلیل دفع محصولات فلزی در آب‌های سطحی، میتواند به آبشش ماهیانی که در نزدیکی محل دفع شنا می‌کنند، آسیب برساند. در حیوانات، کروم میتواند باعث مشکلات تنفسی، کاهش توانایی در مبارزه با بیماری، نقص مادرزادی، ناباروری و تشکیل تومور شود.
محصولات زراعی حاوی سیستم‌هایی هستند که جذب کروم را طوری تنظیم می‌کنند که به اندازه‌ای کم باشد که آسیبی به آن وارد نشود. اما هنگامی که مقدار کروم در خاک افزایش می‌یابد، همچنان میتواند منجر به غلظت بالاتر در محصولات شود. اسیدی شدن خاک همچنین میتواند بر جذب کروم توسط گیاهان تأثیر بگذارد. گیاهان معمولاً فقط کروم (III) را جذب می‌کنند. این نوع ضروری کروم باشد، اما زمانی که غلظت آن از مقدار معینی فراتر رود، اثرات منفی همچنان ممکن است رخ دهد.
استفاده از کروم و فرآیند آبکاری کروم میتواند تأثیرات بدی بر محیط زیست داشته باشد. برخی از مضرات کروم برای محیط زیست عبارتند از:
- سمیت برای جانوران: کروم سدیم یا همان کروم شش‌تاییده (Cr(VI)) به طور طبیعی سمی است و میتواند برای جانوران زیست‌کره‌ای آسیب زا باشد. وارد شدن کروم شش‌تاییده به آب و خاک میتواند سمیت جانوران آبزی و زمینی را افزایش دهد.
- آلودگی آب: فرآیند آبکاری کروم ممکن است منجر به آلودگی آب شود. در حین فرآیند آبکاری، محلول‌های شیمیایی حاوی کروم شش‌تاییده مورد استفاده قرار میگیرند که میتوانند به آب سطحی و آب زیرزمینی نشت کنند و آلودگی آب را ایجاد کنند.
- آلودگی خاک: استفاده از کروم و آبکاری کروم میتواند منجر به آلودگی خاک شود. با تخلیه پسماندهای کروم حاوی کروم شش‌تاییده به خاک، آلودگی خاک رخ می‌دهد که میتواند تأثیر منفی بر روی کشت‌ها، گیاهان و موجودات زنده خاک داشته باشد.
- آسیب به زنجیره غذایی: کروم شش‌تاییده میتواند در زنجیره غذایی جمع شده و برای حیوانات و انسان‌ها خطر ساز شود. در صورتی که جانوران آبزی و گیاهان مورد آلودگی کروم قرار گیرند، کروم به صورت تجمعی در سایر سطوح زنجیره غذایی انتقال پیدا می‌کند.
بنابراین، مدیریت مناسب آبکاری کروم و کنترل آلودگی کروم شش‌تاییده از اهمیت بالایی برخوردار است تا این فرآیند به محیط زیست آسیب نرساند. استفاده از تکنولوژی‌های بهینه شده و استفاده از روش‌های جایگزین کمتر مضر نیز میتواند در کاهش تأثیرات مخرب کروم بر محیط زیست مؤثر باشد.
آبکاری کروم
آبکاری کروم (Chrome plating) یک فرآیند سطحی است که با استفاده از روش های شیمیایی و الکتروشیمیایی، لایه‌ای از کروم بر روی سطح یک قطعه فلزی ایجاد می‌کند. این فرآیند در نتیجهٔ استفاده از اکسید کروم، که یک مادهٔ ضد زنگ است، به کار می‌رود. فرآیند آبکاری کروم شامل چند مرحله است. در ابتدا، سطح فلزی قطعه به طور کامل تمیز می‌شود تا از هرگونه آلودگی و روغن‌ها پاک شود. سپس، قطعه به یک محلول اسیدی غوطه ور می‌شود تا لایه‌ای از اکسید کروم بر روی سطح آن تشکیل شود. سپس، قطعه به یک مخزن حاوی محلول کروم سه‌ایوالانت (CrO3) که در آن سرریز الکترولیتی قرار دارد، غوطه ور می‌شود. با اعمال جریان الکتریکی، یون‌های کروم از محلول به سطح قطعه مهاجرت می‌کنند و لایهٔ کروم روی سطح قطعه تشکیل می‌شود.
فواید آبکاری کروم شامل مقاومت در برابر زنگ زدگی، سختی و مقاومت مکانیکی بالا، جلوگیری از خوردگی و سایش، و بدنهٔ زیبا و براق می‌باشد. به علاوه، آبکاری کروم نیز میتواند برای بهبود هدایت الکتریکی، کاهش اصطکاک و بهبود ویژگی های ظاهری قطعات استفاده شود. با این حال، باید توجه داشت که آبکاری کروم ممکن است در برخی کشورها محدودیت ها و مقررات زیست محیطی داشته باشد، زیرا محلول‌های شیمیایی مورد استفاده در این فرآیند میتوانند برای محیط زیست مضر باشند.
پس به عبارت بهتر، به پوشاندن یک سطح (فولاد، آلومینیوم، آلیاژهای مس، پلاستیک و آلیاژهای روی) با لایه‌ای از کروم، آبکاری کروم (کروم کاری) می‌گویند. این لایه کروم میتواند کاربرد تزئینی داشته یا از فلز در برابر خوردگی مراقبت کند. آبکاری کروم دارای دو روش آبکاری کروم سخت و آبکاری کروم تزئینی می‌باشد.
قیمت جهانی کروم
قیمت فلز کروم تحت تأثیر چندین پارامتر قرار میگیرد. برخی از این پارامترها عبارتند از:
- عرضه و تقاضا: تقاضا و عرضه فلز کروم در بازار بر قیمت آن تأثیر می‌گذارد. اگر تقاضا برای فلز کروم افزایش یابد یا عرضه آن کاهش یابد، قیمت ممکن است افزایش یابد. عواملی مانند تغییرات در صنایع استفاده کننده، تغییرات در تولید جهانی و تحریم‌های صادراتی میتوانند تقاضا و عرضه را تحت تأثیر قرار دهند.
- تغییرات قیمت سایر مواد اولیه: قیمت فلز کروم ممکن است تحت تأثیر تغییرات قیمت سایر مواد اولیه که در تولید فلز کروم استفاده می‌شوند قرار گیرد. به عنوان مثال، در صورت افزایش قیمت باریت یا نیکل که موادی استفاده شده در فرآیند استخراج کروم هستند، قیمت فلز کروم نیز ممکن است افزایش یابد.
- تغییرات ارزش ارز: فلز کروم به عنوان یک کالای جهانی معامله می‌شود و تغییرات در ارزش ارز ممکن است بر قیمت آن تأثیر بگذارد. اگر ارزش ارز کشوری که فلز کروم را تولید می‌کند کاهش یابد نسبت به ارزهای دیگر، قیمت فلز کروم ممکن است افزایش یابد.
- شرایط بازار جهانی: عواملی مانند تغییرات قوانین و مقررات، تحریم‌های تجاری، سیاست‌های تجاری و تغییرات سیاسی در مناطق مهم تولید کروم مانند کشورهای آفریقای جنوبی و قزاقستان میتوانند بر قیمت فلز کروم تأثیر بگذارند.
- هزینه‌های تولید: هزینه‌های مربوط به استخراج، فرآوری و تولید فلز کروم نیز بر قیمت آن تأثیر دارد. هزینه‌های مرتبط با انرژی، نیروی کار، تجهیزات و تکنولوژی مورد استفاده در صنعت استخراج و تولید فلز کروم میتواند قیمت را تحت تأثیر قرار دهد.
پرسش و پاسخ
مهمترین مصارف کروم در چیست؟
از کروم برای ساخت قالب برای پخت آجر، ساخت فولاد ضد زنگ، تولید یاقوت های مصنوعی، در آبکاری کروم و در ساخت سرامیک‌های فلزی استفاده می‌شود.
آیا کروم سخت ترین فلز است؟
کروم با امتیاز 8.5 در مقیاس سختی، یکی از سختترین فلزات روی سیاره زمین است. کروم به راحتی از تیتانیوم پیشی میگیرد که تنها امتیاز 6 دارد. در این مقیاس فقط بور و الماس بالاتر از کروم قرار میگیرند که به ترتیب دارای امتیازات 9.5 و 10 هستند.
آیا کروم یک فلز سمی است؟
ترکیبات کروم میتوانند حساس کننده و همچنین تحریک کننده باشند. سازمان بهداشت جهانی، کروم (VI) را به عنوان یک ماده سرطانزا برای انسان شناسایی کرده است. مواجهه شغلی با ترکیبات Cr(VI) در تعدادی از صنایع با افزایش خطر ابتلا به سرطانهای دستگاه تنفسی مرتبط است. کروم برای پوست، چشم، خون و سیستم تنفسی مضر است و کارگران ممکن است از قرار گرفتن در معرض کروم و ترکیبات آن آسیب ببینند.
آیا کروم گران قیمت است؟
کروم یک فلز بسیار گران قیمت است. فلزی است که زنگ نمیزند و در برابر خط و خش مقاوم است و ظاهری براق دارد.
کروم در چه مواردی ضعیف است؟
کروم در اکسیژن ناپایدار است، بلافاصله یک لایه نازک اکسیدی تولید می‌کند که در برابر اکسیژن نفوذ ناپذیر است و از فلز زیر محافظت می‌کند. کاربردهای اصلی کروم در آلیاژهایی مانند فولاد ضد زنگ، آبکاری کروم و سرامیک‌های فلزی است.
پنج تا از قوی ترین فلزات را نام ببرید؟
اوسمیوم، فولاد، کروم، تیتانیوم و تنگستن
آیا لمس کروم بی خطر است؟
تماس مستقیم پوست با کروم شش ظرفیتی میتواند باعث تحریک پوستی غیر آلرژیک شود. تماس با پوست سالم نیز میتواند منجر به زخم کروم شود. اینها زخمهای پوستی کوچک هستند که به آرامی بهبود مییابند و معمولاً جای زخم باقی میماند.
فلزات, مقالات در گروه صبا | نویسنده : امید مرادی | بروزرسانی : 22 آبان 1402
سلام عالی