اقتصاد ذخایر کرومیت

[XMEHRDADX 7,514]

 

 

 

 

مقدمه

امروزه نقش معادن و فعاليت‌هاي معدني در توسعه اقتصادي بسياري از كشورها حايز اهميت فراوان دارد و نقش اساسي در استقلال اقتصادي ايفا مي‌كند.

 

در دنياي امروز استقلال اقتصادي هر كشور زماني تحقق مي‌يابد كه درآمدهاي آن كشور تنها به يك عامل محدود افتصادي وابسته نباشد و هر چقدر اين عوامل درآمدزا از تنوع بيشتري برخوردار باشد توان اقتصادي ان كشور كمتر دستخوش تحولات و نوسانات قرار خواهد گرفت، به همين دليل توسعه صادرات غيرنفتي به‌ويژه مواد معدني از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. همانطور كه مي‌دانيم ذخائر معدني با ارزش اقتصادي، يكي از عواملي است كه مي‌تواند در توسعه اقتصادي هر كشوري موثر باشد.حال اگر بهره‌برداري از اين ذخاير با اصول فني و مهندسي همراه بوده و بر اساس تكنولوژي روز پيش برود موجبات بهره‌وري اشتغال (كه يكي از معضلات كنوني كشور به شمار مي‌رود) و افزايش توليد و... و نيز افزايش درآمد سرانه و اين توليدات با توجه به كاربرد و مصرف آنها در صنايع باعث توسعه صنعتي مي‌شود. امروزه در بسياري از كشورهاي جهان نظير آمريكا، آفريقاي‌جنوبي، تركيه، ايران، قبرس، كوبا، كانادا، فيليپين، شوروي سابق، زيمبابوه، برزيل، هند، آلباني و چين معادن كروميت فعال وجود دارد.

 

 

كروم (Chromium)

 

كروم يكي از فلزات سخت، شكننده و رنگ سفيد نقره‌اي دارد كه در سال 1798 ميلادي به وسيله واكلين (V.L.Vauquelin) كشف شد. اين عنصر به همراه موليبدن و تنگستن در گروه ششم واسطه جدول تناوبي عناصر قرار دارد.

 

عنصر كروم به‌صورت آزاد در طبيعت يافت نمي‌شود. مهم‌ترين ماده معدني حاوي كروم در طبيعت كروميت به فرمول FeO.Cr2O3 است. از كروم چهار نوع ايزوتوپ طبيعي به‌صورت 50Cr، 52Cr، 53Cr، 54Cr وجود دارد. كروم در حالت خالص و در دماي اتاق، عنصري است بالقوه نرم، لكن بايد توجه داشت كه به دليل ميل تركيبي شديدش با اكسيژن، كربن، نيتروژن و غيره تهيه كروم خالص بسيار مشكل است. كرومي كه به منظور آبه‌كاري و جلا دادن استفاده مي‌شود به جسم درخشندگي و رنگ سفيد مايل به آبي مي‌دهد. ميزان قدرت بازتاب در جسم آبه‌كاري شده با كروم 77 درصد نقره است. همچنين رسانايي الكتريكي اين عنصر 2/22 درصد مس است.

 

خواص مكانيكي كروم در ارتباط با استحكام و كارپذيري آن، از جمله سختي، استحكام كششي، قدرت چكش‌خواري، نورد و غيره است. كروم از بابت پذيرش قدرت چكش‌خواري، نورد و غيره عنصر ضعيفي تلقي مي‌شود، اما زماني كه اين عنصر از وجود عناصري مانند اكسيژن، هيدروژن، كربن و نيتروژن خالص شود تا اندازه‌اي نرم شده و مي‌توان آن را چكش‌خواري و يا نورد كرد. كروم با ساير عناصر سه گروه تركيب برقرار مي‌كند كه مي‌توان آنها را در اكسيدهاي كروم به‌صورت نمونه و به شرح زير ملاحظه كرد.

 

كروم داراي ظرفيت 2، CrO، اكسيد كرومو يا كروم (II)

 

كروم داراي ظرفيت 3، Cr2O3، اكسيد كرومو يا كروم (III)

 

كروم داراي ظرفيت 6، CrO3، اكسيد كروميك يا كروم (VI)

 

فلز كروم به آساني با اسيد كلريدريك و يا كلر واكنش برقرار كرده و كلريدها را تشكيل مي‌دهد. اين فلز در اسيد سولفوريك محلول است، اما در اسيد نيتريك حل نمي‌شود، همچنين كروم با نيتروژن تشكيل دو نوع نيتريد به فرمول Cr2N و CrN مي‌دهند. كروم و كربن نيز تشكيل سه نوع كربيد شناخته شده به فرمول Cr23C6 و Cr7C3 و Cr3C2 مي‌دهند. واكنش كروم، سيلسيم در كوره الكتريكي سيليسيدها را تشكيل مي‌دهد. كروم با هيدروژن تشكيل هيدري به فرمول CrH2 كه پودري سياهرنگ است مي‌دهد.

 

 

ويژگي‌ها و مشخصات كاني‌شناسي كروميت

 

عمده‌ترين كاني‌هاي در بردارنده عنصر كروم عبارتند از كروميت، اووراروييت (گروناي سبز)، كامرريت (كلريت بنفش رنگ) FUCHSITES (مسكويت سبزرنگ)، كاني كروميت مربوط به گروه اسپينل بوده و از نظر تركيب شيميايي فرمول FeCr2O4 را براي كروميت خالص و (Mg,Fe) Cr2O4 را براي ماگنوكروميت، Fe(Cr,Al)2O4 را براي آلوموكروميت و (Mg, Fe) (Cr, Al)2O4 را براي كروموپيكرتيت در نظر ميگيرند. بدين ترتيب كاني‌هاي گروه كروميت با فرمول عمومي (Mg,Fe) (CrAlFe)2O4 مشخص مي‌شوند.

 

در اين كاني‌ها، عيار Cr2O3 در يك محدوده وسيع تغيير مي‌كند (از 18 تا 62 درصد) به غير از اكسيدهاي اصلي بالا، ناخالصي‌هايي نيز ممكن است در اين كاني‌ها وجود داشته باشد كه عبارتند از CaO, NiO, ZnO, MnO, V2O3, TiO2.

 

كاني كروميت در سيستم كوبيك (هگزااكتائدرال) متبلور شده و ساختمان بلوري آن همانند اسپينل است، رنگ كاني سياه و رنگ خاكه‌اش قهوه‌اي است و جلايش نيز نيمه‌فلزي است. سختي كروميت از 5/5 تا 5/7 بوده و وزن مخصوص آن بسته به تغيير در تركيب شيميايي از 6/3 تا 1/5 گرم بر سانتيمتر مكعب تغيير مي‌كند. كروميت‌هاي داراي مقادير قابل توجه FeO‌ و Fe2O3 خاصيت مغناطيسي از خود نشان مي‌دهند.

 

كروميت يك كاني به‌صورت توده دانه‌اي شكل است كه كانه‌هاي تجاري آن حاوي 68-35 درصد اكسيد كروميت هستند. رنگ آن از سياه قهوه‌اي تا سياه آهني با جلاي فلزي تغيير مي‌كند و وزن مخصوص آن 6/4 گرم بر سانتيمترمكعب و سختي آن 5/5 است. كروميت داراي نقطه ذوب 2130 درجه سيلسيوس است. مرغوبيت كاني بر مبناي نسبت سنجيده مي‌شود كه چنانچه نسبت مذكور كمتر از 2 باشد سنگ نامرغوب و اگر بيشتر از سه باشد مرغوب مي‌شود. [1]

 

فرمول شيميايي كروميت را از سابق به‌صورت FeOCr2O3 يا FeCr2O4 معرفي كرده‌اند. در برخي از نمونه‌هاي كروميت عناصر روي، نيكل، منگنز، تيتانيوم و واناديوم به مقدار كم تشخيص داده شده است. فرمول عمومي كروميت به‌صورت (Mg,Fe)(Cr,Al,Fe)2O4 نوشته مي‌شود، اما بلورهاي با تركيب ساده‌تر مانند فروكروميت FeCr2O4، پيكروكروميت MgCr2O4، اسپينل MgAl2O4، هرسينيت FeAl2O4، منيزيوفريت Mg Fe2O4 نيز مشخص شده است.

 

 

زمين‌شناسي ذخاير كروميت

كانسارهاي كروميت با وجود تنوع اشكال آن همواره در سنگ‌هاي آذرين اولترامافيك تشكيل مي‌شوند. مقدار سيليس اين سنگ‌ها از 45 درصد كمتر است. تركيب كاني‌شناسي آنها در درجه اول از اوليوين، ارتوپيروكسن‌ها و كلينوپيروكسن‌ها تشكيل يافته است. در بعضي از آنها آمفيبول و فلدسپات‌هاي قليايي نيز وجود دارد. اين سنگ‌ها، شامل انواعي مانند سرپانتينت، گابرو، پيروكسينت، پريدوتيت و دونيت هستند. تركيب كانه كروم يعني كروميت تابع سنگ‌هاي از اطراف خود است. هر قدر درصد اوليوين در سنگ بيشتر باشد به همان اندازه درصد Cr2O3 در تركيب كروميت بالاتر است. از ديدگاه زمين‌شناسي كانه كروميت وابسته به سنگ‌هاي نفوذي اولترامافيك و مرتبط به پوسته اقيانوسي و شكافت‌هاي دريايي بوده كه در پي باز شدن گودال‌هاي ژرف و نفوذ توده‌ها در پوسته قاره‌اي، به سطح زمين مي‌رسد.

 

تيتانيوم، واناديوم، منگنز و نيكل به مقداركم در كروميت يافت مي‌شوند. اكسيد تيتانيم جزء اكسيدهاي نادر در كروميت است كه مقدار آن نسبت به اكسيدهاي ديگر بيشتر است. كانسارهاي كروميت كه از نظر اقتصادي اهميت دارند، به دو دسته آلپي و لايه‌اي تقسيم مي‌شوند:

 

 

كروميت نوع آلپي (افيوليتي)

 

اين توده‌ها به‌صورت لايه‌هاي هم شيب كم و بيش پرشيب شكلي كه با سنگ‌هاي مجاور خود موازي هست يافت مي‌شود، اما همبري آنها با سنگ‌هاي مجاور تقريبا هميشه غيرعادي و همراه گسستگي است. كاني‌هاي اوليه اين سنگ‌ها اكثرا تغيير يافته و به سر پانتين، كلريت و اپيدوت تبديل مي‌شوند كه سنگ را به رنگ سبز در مي‌آورد. مجموعه اين سنگ‌ها به نام افيوليت ناميده مي‌شوند.

 

كلمه افيوليت تمام سنگ‌هاي مافيك و اولترامافيكي را در بر مي‌گيرد كه معمولا دگرگون شده و در رشته كوه‌هاي چين خورده قديمي و جوان يافت مي‌شوند. در مجموعه افيوليت‌ها معمولا دونيت‌ها، پريدوتيت‌ها، گابروها، گدازه‌هاي بازيك (معمولا با ساخت بالشي) و چرت‌هاي راديولاريتي و رسوبات فليش با هم يافت مي‌شوند. اكثريت زمين‌شناسان معتقدند كه افيوليت‌ها معرف پوسته اقيانوسي هستند كه در نتيجه عوامل تكتونيكي (گسل‌هاي معكوس و روراندگي) در حاشيه‌هاي قاره‌ها و جزاير قوسي شكل قرار گرفته‌اند. دلايل موجود نشان مي‌دهد كه افيوليت‌ها در شرايط زيردريايي و در مناطق تحت كشش تشكيل شده‌اند. [1]

 

 

كروميت نوع لايه‌اي (بوشولد)

 

از نمونه‌هاي بارز كانسارهاي كروميت نوع لايه‌اي كه از نظر اقتصادي ارزش زيادي دارند، مي‌توان به كانسارهاي كروميت كمپلكس بوشولد (آفريقاي جنوبي) و كمپلكس استيل واتر (آمريكا) اشاره كرد. كمپلكس بوشولد به‌عنوان معروفترين نمونه توده آذرين لايه‌اي در دنيا شناخته شده است. اين توده در ترانسوال مركزي قرار گرفته و سن سنگ‌هاي آن پركامبرين است. در حدود 460 كيلومتر در جهت شرقي- غربي و 245 كيلومتر در جهت شمالي- جنوبي گسترش دارد. از ديگر كمپلكس‌هاي معروف دنيا كه از نوع لايه‌اي است، كمپلكس دايك بزرگ در جنوب رود زيا است.

[XMEHRDADX 7,514]

كشورهاي توليد‌كننده‌ كروميت

 

از ميان ذخاير آلپي و لايه‌اي نوع لايه‌اي داراي ارزش اقتصادي بيشتري هستند. مثال‌هاي نمونه در مورد كانسارهاي لايه‌اي ذخاير كروميت مجتمع‌هاي بوشولد در آفريقايي جنوبي، فنلاند و دايك بزرگ زيمباوه است. ذخاير آلپي كروميت عمدتا مصارف نسوز و سرشار از آلومينيوم را شامل مي‌شود كه در كوه‌هاي اورال و رشته كوه‌هاي تيتان در آلباني، يونان و تركيه متمركز شده‌اند. بر حسب تخمين اداره معادن آمريكا، منابع جهاني كروميت با توجه به سطح فعلي توليد تامين‌كننده‌ نيازهاي صنايع تا 100 سال آينده خواهد بود. سه كشور آفريقاي‌جنوبي، روسيه و زيمباوه بيشتر ذخاير مورد بهره‌برداري كروميت دنيا را در اختيار دارند. آمار دقيق مربوط به ذخاير كشورهاي مختلف در پيوست آمده است.

 

 

موارد مصرف كروميت

 

كانه كروميت تنها منبع تامين‌كننده‌ كروم بوده كه در ساخت آلياژها و تهيه فولادهاي ويژه از ارزش بالايي برخوردار است. كروم و كروميت موارد استفاده متفاوتي به‌صورت مستقيم و غيرمستقيم داشته و به شكل چشمگيري در بخش‌هاي گسترده‌ا‌ي از سيستم صنعتي مدرن مورد استفاده قرار مي‌گيرد. كاربردهاي كروميت را مي‌توان در سه بخش اصلي 1. متالورژي، 2. صنايع شيميايي، 3. ديرگدازها تقسيم‌بندي كرد.

 

از الكتروليز محلول آلووم كروم (در روش الكتروشيميايي) فلز كروم به‌دست مي‌آورند كه حدود 75 درصد از فلز تجاري كروم توسط اين روش توليد مي‌شود. در نتيجه محصولي با درجه خلوص 99 درصد توليد مي‌شود. با تغيير ميزان كروم آهن و كربن رده‌هاي مختلفي از فروكروم توليد مي‌شود. مقدار كروم رده‌هاي مختلف بين 50-70 درصد تغيير مي‌كند. كروميت درصنايع شيمايي بيشتر به‌صورت اسيد كروميك (H2CrO4) و سديم كرومات مورد استفاده قرار مي‌گيرد. از اسيد كروميك جهت پوشش كاري الكتريكي (آبه‌كاري) سطح بسياري از اشيا به‌ويژه قطعات اتومبيل و وسايل خانگي و به منظور ايجاد سطحي براق استفاده مي‌شود. ضخامت قشر كروم صنعتي بيشتر است. [4]

 

روي ابزار برش، سيلندرهاي موتور و رينگ‌هاي پيستوني سطحي بسيار سخت و مقاوم در برابر خوردگي ايجاد مي‌كنند. پوست گاو و گوسفند در گذر از فرآيندهاي دباغي به نمك‌هاي كروم متكي‌اند تا به چرم تبديل شوند‌. كروم با نمك‌هاي مس به‌عنوان محافظ چوپ به‌كار مي‌رود. رنگدانه كروم براي رنگ‌هاي نقاشي پلاستيك و مركب چاپ به‌كار مي‌رود، البته لازم به ذكر است به دليل سمي بودن مصرف سرب و كروم كاهش يافته است. پودر كروميت به‌عنوان رنگ طبيعي در شيشه سراميك و آجر نما به‌كار مي‌رود. كروميت در صنايع نسوز بايد حاوي درجات پايين‌‌تر Cr2O3 يعني 40-30 درصد و محتوي آلومينيوم بالاتر 32-25 درصد باشد. مجموع تركيب Cr2O3+Al2O3 ‌بايد از 60 درصد بيشتر باشد. افزودن اين عنصر به فولاد به دليل دارا بودن خواص مقاومت در مقابل خوردگي، سختي زياد و مقاومت شيميايي حائز اهيمت است. كروم يكي از مهم‌ترين عناصر آلياژي است كه در فولادها به ميزان 3-5/0 درصد و با نيكل و مولييدن در فولادهاي ضد زنگ مورد استفاده قرار مي‌گيرد. آلياژهاي محتوي كروم با درصدهاي متغير كروم در صنايع هواپيما‌سازي‌، توليد چدن، كشتي، زيردريايي، رآكتورهاي اتمي، كوره‌هاي آهن‌گدازي و صنعت چاپ استفاده مي‌شود. كروميت به‌عنوان ماسه ريخته‌گري نيز به‌كار مي‌رود.

 

كروميت تنها كانه كروم است. بخش بيشتر كروميت به فروكروم تبديل شده كه نزديك به 70 درصد آن در توليد فولاد ضدزنگ مصرف مي‌شود. هيچ جانشيني براي كروميت در توليد فروكروم كه در صنعت فولاد‌سازي‌ نقش مهمي دارد وجود ندارد كه اين عامل همراه با توزيع جغرافيايي بسيار محدود منابع كروميت آن را در شمار كاني‌هاي راهبردي قرار داده است. (ادواردز، ادكينسون، 36,1377). با عنايت به اين‌كه ايران‌ با توليد بيش‌ از 97 هزار تن‌ كروميت‌ در سال‌ نهمين‌ توليد‌كننده‌ اين‌ ماده‌ معدني‌ در دنيا است‌ سهم‌ ايران‌ در توليد جهاني‌ كروم‌ 04/1 ‌درصد است‌.

 

 

متالورژي

 

استفاده مهم از كروم در صنايع متالورژي و آبه‌كاري است. كروم عنصري مقاوم در برابر گرما، خراشيدگي، خوردگي و اكسيداسيون بوده و فولادهاي ضد زنگ و آلياژهايي كه از كروم تهيه ميگردند، سختي، مقاومت فشاري و خزشي بالايي دارند. كروميت‌هايي كه در صنايع متالورژي مورد استفاده قرار مي‌گيرند بايد Cr/Fe بالاي 3 و محتواي سيليس كمتر از 5 درصد داشته باشند. معمولا حدود 50 درصد كروميت‌هاي استخراجي دنيا در اين بخش مصرف مي‌گردند.

 

از كروم به‌صورت گسترده در توليد آلياژها استفاده مي‌شود كه از آن جمله مي‌توان آلياژ كروم با آهن ضد زنگ را نام برد كه تحت عنوان فريتيك ساخته مي‌شود و داراي استحكام بسيار بالايي است فولادهاي كروم‌دار درصدهاي متفاوتي از كروم مي‌توانند داشته باشند (Cr=1-50 درصد) چنانچه كروم بين 18-10 درصد باشد سختي و مقاومت فولاد بالا مي‌رود و اگر مقدار كروم بيش از اين حد باشد خاصيت ضد زنگ و مقاوم بودن در برابر اكسيداسيون آن افزايش مي‌يابد. فولاد كروم‌دار ضد زنگ حدود 20-15 درصد كروم و حدود 10-7 درصد نيكل دارد. از كروم در سيم‌هاي مقاوم الكتريكي با نيكل و آهن به‌صورت نيكل ضد زنگ تحت عنوان آستنيتيك (Austenitic) و با منگنز و آهن به‌صورت منگنزـ كروم ضد زنگ از ديگر مصارف اين فلز با ارزش است. از ديگر آلياژهاي كروم، آلياژ كروم و نيكل است كه در نسبت‌هاي مختلف با مقاومت‌هاي بسيار مناسب ساخته مي‌شود. تركيب اين نوع آلياژ معمولا از اختلاط 28-15 درصد كروم با 78-75 درصد نيكل است. آلياژهاي با پايه نيكل حاوي كروم بدليل استحكام بالا و مقاومت بسيار خوب در برابر حرارت‌هاي بالا از اهميت ويژه‌اي برخوردارند. ساير فلزاتي كه مي‌توان در ساخت آلياژهايي بر پايه نيكل استفاده كرد عبارتند از آهن، تيتان، كولومبيم (نيوبيم)، كبالت، مس، موليبدن و تنگستن.

 

همچنين از كروم با نيكل مي‌توان آلياژ معروف نيكروم (Nichrome) را ساخت كه داراي مقاومت الكتريكي است و از آن در ساخت تعداد زيادي از لوازم جديد منزل مانند لوازم الكتريكي و گرم‌كن‌هاي آب استفاده مي‌شود. كروم با كبالت نيز آلياژ ايجاد كرده و از آن در ساخت ابزار برش استفاده مي‌شود. در اين نوع آلياژ از مقداري تنگستن، واناديم و كربن نيز معمولا استفاده مي‌شود. احتمالا آلياژ استليت (Stellite) بهترين نوع تجاري اين آلياژها محسوب مي‌شود بايد توجه داشت كه تمام اين آلياژها داراي خواص مقاومتي بسيار مناسب در برابر حرارت هستند.آلياژهاي ديگري نيز از كروم با مس، آلومينيوم و تيتان وجود دارد كه در حد كمتري از آنها استفاده مي‌شود. از ديگر مصارف مهم و اساسي كروم خالص استفاده از آن براي آبه‌كاري است. بسياري از لوازم خانگي بوسيله كروم آبه‌كاري مي‌شوند به‌عنوان مثال مي‌توان از كليه لوازم مورد مصرف در دكور منزل يا اتومبيل، انواع لوازم، انواع لوله‌ها، بشكه‌هاي استوانه‌اي خشك‌كن لوازم مورد مصرف در صنايع، ميله و محورها، لوازم الكتريكي، دنده‌ها، ماشين‌آلات صنايع غذايي، انواع كتري و قوري، انواع ديگ و تابه، ماشين‌آلات بسته‌بندي و صدها قلم از فرآورده‌هاي آبه‌كاري شده ديگر كه به درخشندگي، زيبيي، مقاومت در برابر ساييدگي و حرارت كروم نياز دارند اشاره كرد.

 

 

صنايع شيميايي

 

از مهم‌ترين مشتقات شيميايي كروم مي‌توان به بيكرومات سديم ـ كرومات سديم ـ بيكرومات پتاسيم ـ كرومات پتاسيم ـ اسيد كروميك ـ سولفات بازي كروم ـ كروموزال اشاره كرد. معمولا در صنايع شيميايي كروميت‌هايي مورد استفاده قرار مي‌گيرند كه در تركيب آنها نسبت Cr/Fe بيش از 2/2 بوده و مقدار سيليس آنها كمتر از 8 درصد باشد، حدود 15 درصد كروميت‌هاي دنيا در صنايع شيميايي به مصرف مي‌رسد. استفاده از تركيبات شيميايي كروم در سال‌هاي اخير توسعه فراواني يافته است به‌طوري‌كه روز به روز بر مقدار تقاضا و كاربرد تركيبات كروم در صنايع بخصوص صنعت رنگسازي، چرم‌سازي‌ و دباغي پوست، نساجي و آبه‌كاري، صنايع چوب، چاپ، كاشي‌سازي (سراميك)، حفاري، سونداژ، روغن‌سازي، صابون‌سازي، شمع‌سازي، كبريت‌سازي و عكاسي افزوده مي‌شود. در جدول زير مواد شيميايي كرومي، موارد استفاده و كاربرد آنها در صنايع به‌طور خلاصه آورده شده است.

 

 

ديرگدازها

 

30 تا 35 درصد از كروميت استخراج شده در جهان در صنعت ساخت ديرگدازها مورد استفاده قرار مي‌گيرد كه عموما براي ساخت و توليد آجرهاي نسوز و مواد نسوز صنعتي و نيز تهيه و توليد ماسه‌هاي ريخته‌گري به مصرف مي‌رسند، در تركيب شيميايي تيپيك مواد معدني كه براي توليد ديرگدازهاي كروميتي مصرف مي‌شوند 31 تا 45 درصد اكسيد كروم، 24 تا 35 درصد آلومين، 14 تا 20 درصد اكسيد منيزيم، 12 تا 20 درصد اكسيد آهن دوظرفيتي، 3 تا 6 درصد سيليس و كمتر از 1 درصد اكسيد كلسيم موجود است كه مقداري اكسيد منيزيم به ماده خام آنها اضافه مي‌شود.

 

موارد اصلي مصرف كروميت در صنايع ريخته‌گري به قرار زير است:

 

1. در ساخت جداره كوره‌ها ـ پاتيل‌ها و ابزارهاي كمكي ذوب و استفاده از آن به‌عنوان يك ديرگداز.

 

2. استفاده از آن به‌عنوان يك ماسه مناسب در ريخته‌گري براي توليد در:

 

الف) انواع فولادهاي ريختگي به‌ويژه فولادهاي آستينتي منگنزي

 

ب) قطعات بزرگ چدني

 

پ) به‌عنوان ماسه رويه در توليد سري قطعات چدني

 

3. استفاده از پودر كروميت در تهيه بعضي از دوغاب‌هاي اوليه ديرگداز در ريخته‌گري دقيق و ماسه‌هاي كروميتي به‌عنوان ديرگداز پشت‌بند

 

 

كاربرد كروميت در توليد آجرهاي نسوز و مواد نسوز صنعتي

از كروميت علاوه بر ساخت آجرهاي نسوز كروميتي، منيزياكروميتي (MC) با 5 تا 15 درصد كروميت و نيز آجرهاي كروميت منيزيايي (CM) با 15 تا 30 درصد كروميت در تهيه و توليد محصولات نسوز بي‌شكل از قبيل انواع جرم‌ها استفاده مي‌شود. كروميت مورد استفاده در ساخت آجرهاي نسوز از نوع ريفراكتوري (Refractory chrom ores) است همچنين بايد توجه داشت كه هر چه مقدار Al2O3 + Cr2O3 بالاتر باشد مرغوبيت آجر توليد شده افزايش مي‌يابد. از آجرهاي نسوز كروميت منيزيايي و منيزياكروميتي در صنايعي چون توليد فولاد ـ فلزات آهني و غيرآهني شيشه و سيمان به‌عنوان آستر (جداره) سقف، ديواره‌هاي جانبي و انتهايي در كوره‌هاي قليايي، قوسي، القايي، كنورتورهاي مس، كوره‌هاي شعله‌اي مس و. .. استفاده مي‌شود.

 

 

وضعيت ماده معدني كروميت در جهان و ايران

 

كاني كروميت اولين بار در سال 1979 ميلادي توسط Lovits شناسايي و معرفي گرديد. از آن تاريخ به بعد با توجه به كشف موارد مختلف كاربرد فلز كروم در صنايع، عمليات پي‌جويي، اكتشاف و استخراج آن رو به فزوني گذاشت و امروزه در بسياري از كشورهاي جهان نظير آمريكا، آفريقاي‌جنوبي، تركيه، ايران، قبرس، كوبا، كانادا، فيليپين، شوروي سابق، زيمبابوه، برزيل، هند، آلباني و چين معادن كروميت فعال وجود دارد.

 

در ايران فعاليت‌هاي اكتشافي و استخراجي كروميت از حدود 50 سال قبل آغاز شده است و تا كنون نزديك به 40 پتانسيل معدني كروميت در استان‌هاي خراسان، هرمزگان، فارس، سيستان و بلوچستان، آذربايجان، اصفهان، زنجان، كرمان و لرستان كشف شده و بعضا مورد بهره‌برداري قرار گرفته‌اند. فعال‌ترين معادن كروميت ايران در حال حاضر در مناطق فارياب، اسفندقه، فرومد سبزوار و خواجه جمالي قرار دارند.

 

كروميت اولين بار در 14 كيلومتري كاهك (منطقه‌اي از اطراف سبزوار) در سال 1319 كشف و سالانه در حدود 1000 تن كرميت از آن استخراج شد. كروميت استخراجي از معدن فرومد براي توليد بيكرومات پتاسيم در كارگاه‌هاي سنتي و همچنين آجرنسوز مورد مصرف قرار مي‌گرفت و مقداري نيز از كروميت استخراجي صادر مي‌شد. استخراج كروميت از اين معدن چند سالي بيشتر دوام نداشته و در طي سال‌هاي (1329 - 1323) اين معدن تعطيل مي‌شود. در ابتدا استخراج كروميت و صادرات آن بوسيله دولت انجام مي‌گرفت و سپس شركت‌هاي نيمه دولتي و خصوصي نيز اين كار را در دست مي‌گيرند.

 

كانسارهاي كروميت استان فارس در مناطق شمال‌شرقي اين استان در فاصله غرب شهرستان ني‌ريز تا شرق ارسنجان واقع شده‌اند. كروميت‌هاي اين منطقه از حدود چهل سال پيش شناسايي شده و از آن زمان توسط بهره‌برداران مختلف (عمدتا از بخش خصوصي) مورد بهره‌برداري قرار گرفته‌اند. از نحوه فعاليت‌ها و ميزان استخراج اولين معدنكاران اين ناحيه اطلاع دقيقي در دسترس نيست، تنها مي‌توان گفت كه در سال‌هاي آغاز فعاليت معدني در خواجه جمالي، قابل دسترس‌ترين ذخاير رخنمون شده كروميت از اين معادن استخراج شده‌اند كه آثار باقيمانده نشان مي‌دهد مقدار آنها كم نبوده است.

 

در فاصله سال‌هاي 1350 تا 1360 شركت شوراب و كروم ايسك به ترتيب در مناطق چشمه‌بيد و خواجه جمالي فعاليت معدني داشته‌اند. در منطقه چشمه بيد به دليل عيار بسيار بالاي ماده معدني، كروميت‌هاي استخراج شده مستقيما قابل فروش بوده‌اند، اما در منطقه خواجه جمالي علاوه بر ذخاير پر عيار، پراكندگي زيادي از كانسارهاي كم‌عيار موجود بوده و شركت كروم ايسك به منظور فرآوري اين ذخاير، اقدام به نصب ماشين‌آلات و كارگاه مخصوص پرعيارسازي در اين منطقه كرد، كه اين ماشين‌آلات هم‌اكنون موجود است. از سال 1366 پروانه بهره‌برداري از معادن كروميت منطقه چشمه‌بيد و خواجه جمالي بنام شركت كانسارهاي ايران صادر گرديده، و در سال 1382 ادامه بهره‌برداري به شركت صنعتي و معدني كروميت فارس واگذار گرديد. از آن زمان تا كنون فعاليت‌هاي اكتشافي، استخراجي و كانه‌آرايي كروميت در اين منطقه، توسط اين شركت ادامه دارد.

 

در ايران ذخاير كروميت شناخته شده از تيپ آلپي بوده و بر اساس شواهد موجود زمين‌شناسي وجود ذخاير تيپ لايه‌اي غيرمحتمل است. با توجه به گسترش توالي‌هاي افيوليتي و افيوليت ملانژها و مشخص بودن موقعيت جغرافيايي آنها مناطق داراي رخنمون نوارهاي افيوليتي را مي‌توان به‌عنوان مناطق پتانسيل‌دار معرفي كرد. البته در آذربايجان نيز آثاري از توده‌هاي نفوذي مافيك ـ اولترا مافيك مشاهده شده و با درجه اهميت كمتر پس از افيوليت‌ها مطرح خواهند بود. معادن كروميت در برخي سال‌ها به دلايل اقتصادي تعطيل و همزمان با ترقي بازار جهاني و افزايش ميزان تقاضا در آن، مجددا اقداماتي جهت استخراج به عمل آمده و معادن دوباره تجهيز و راه‌اندازي گرديده‌اند. در (سال 79) 30 معدن در حال بهره‌برداري در سطح كشور و در استان‌هاي خراسان، سمنان، فارس، كرمان و هرمزگان وجود داشتند كه در سال 78، 353771 تن و در سال 79، 161138 تن كروميت از آنها استخراج شد. كلوخه‌هاي استخراجي و سنگ جوري شده كروميت بدون عمليات فرآوري خاصي صادر مي‌شود. خاكه‌هاي كروميت كم عيار در واحدهاي فرآوري موجود در معدن فرآوري شده و در صنايع و واحدهاي مختلف داخلي مورد مصرف قرار مي‌گيرد. در طي سال‌هاي اخير ميزان توليد اين ماده معدني روندي صعودي داشته، اما در سال 79 به ميزان قابل توجهي از توليد آن در كشور كاسته شده است.

 

 

صادرات و واردات كروميت

 

در سال‌هاي (1374- 1368) گمرك ايران (سالنامه آمار بازرگاني خارجي) ميزان واردات فروكروم به كشور را تحت يك عنوان كلي فروكروم درج كرده است، اما در سال‌هاي اخير فروكروم را تحت دو عنوان كلي كم كربن (فروكروم داراي 4 درصد وزني يا كمتر) با شماره تعرفه 49/7202 و پركربن (فروكروم داراي بيش از 4 درصد وزني كربن) با شماره تعرفه 41/7202 طبقه‌بندي‌ كرده است و در برخي سال‌ها فروكروم به هر دو شكل وارد كشور شده و در صنايع عمده مصرف‌كننده‌ مورد استفاده قرار گرفته است. آمار واردات فروكروم در طي سال‌هاي (1379 - 1368) با وجود نوسانات شديد، در مجموع داراي يك روند نزولي بوده (بر طبق آمار گمرك) و در مقايسه با ميزان صادرات سهم قابل توجهي را به خود اختصاص داده است. در سال 79 ميزان واردات فروكروم رشد چشمگيري داشته است. عمده اين واردات از كشورهاي اروپايي (روسيه، هلند بلژيك، انگلستان، آلمان و سوئد) چين و آفريقاي جنوبي صورت گرفته است.

[XMEHRDADX 7,514]

قيمت جهاني كروميت

 

قيمت كروميت در جهان در طي سال‌هاي اخير داراي نوسان بوده است و پايين‌‌ترين حد آن در سال 1999 است و با ميزان توليد، عرضه و تقاضاي آن داراي نسبت مستقيم است و با كاهش قيمت‌ها تا سال 1999 و 2000، كشورهاي عمده توليد‌كننده‌ براي افزايش مجدد قيمت اين ماده معدني، مجبور به كاهش توليدات خود شده و باعث افزايش مجدد قيمت كروم در سال 2001 شده كه آمار دقيق مربوط به قيمت‌هاي جهاني در پيوست ذكر شده است. [4]

 

 

برآورد هزينه‌هاي اكتشاف براي ذخاير كروميت با سرمايه‌گذاري بالا

مرحله اول شناسايي محدوده مورد مطالعه

 

ـ بررسي اطلاعات موجود و مدلسازي اوليه با استفاده از تئوري‌هاي اكتشافي

 

ـ مطالعات دفتري شامل بررسي نقشه‌هاي زمين‌شناسي، توپوگرافي، پراكندگي معادن، بررسي توزيع زماني ـ مكاني سنگ‌هاي اولترامافيك

 

ـ بازديد صحرايي مقدماتي از نواحي مستعد معدني

 

ـ پردازش و تلفيق داده‌ها

 

ـ گزارش عملياتي شامل تعيين مناطق داراي پتانسيل و اولويت‌بندي‌ آنها

 

ـ ارايه برنامه پي‌جويي

 

 

عمليات اكتشاف كروميت در مرحله شناسايي

مرحله دوم پي‌جويي

 

ـ ارزيابي مطالعات قبلي

 

ـ تهيه نقشه‌هاي زمين‌شناسي و توپوگرافي، توزيع و پراكندگي سنگ‌هاي اولترامافيك (100،000/1)

 

ـ پردازش داده‌ها و انتخاب اهداف (Targets)

 

ـ حفر و برداشت ترانشه (300 مترمكعب)

 

ـ نمونه‌برداري از رخنموها و ترانشه‌ها (400 نمونه)

 

ـ كاني‌شناسي و تجزيه شيميايي (400 نمونه)

 

ـ گزارش عملياتي

 

ـ ارايه برنامه اكتشاف

 

 

مرحله سوم اكتشاف مقدماتي

 

ـ ارزيابي مطالعات قبلي

 

ـ تعيين و تامين امكانات زيربنايي مورد نياز

 

ـ تهيه نقشه‌ها (مقياس 50، 000/1 و 20،000/1)

 

ـ طراحي شبكه حفاري

 

ـ اجراي حفاري اكتشافي (1000 متر)

 

ـ برداشت حفاري‌ها و نمونه‌برداري

 

ـ آزمايش‌هاي كاني‌شناسي (100 نمونه) و تجزيه شيميايي (500 نمونه)

 

ـ برآورد ذخيره

 

ـ مطالعات فرآوري

 

ـ گزارش عملياتي

 

ـ ارايه طرح مقدماتي استخراج

 

ـ برنامه اكتشاف تفضيلي

 

 

عمليات اكتشاف كروميت در مرحله اكتشاف مقدماتي

مرحله چهارم اكتشاف تفضيلي

 

ـ ارزيابي مطالعات قبلي

 

ـ تعيين و تامين امكانات زيربنايي مورد نياز

 

ـ تهيه نقشه‌ها (مقياس 10، 000/1 و 10،000/1)

 

ـ اجراي حفاري اكتشافي (1500 متر)

 

ـ برداشت حفاري‌ها و نمونه‌برداري

 

ـ آزمايش‌هاي كاني‌شناسي (100 نمونه) و تجزيه شيميايي (500 نمونه)

 

ـ تهيه مدل سه بعدي كانسار

 

ـ محاسبه و رده‌بندي‌ ذخيره

 

ـ مطالعات فرآوري نيمه صنعتي

 

ـ مطالعات زيست‌محيطي

 

ـ مطالعات امكان‌سنجي

 

ـ بررسي فني اقتصادي

 

ـ گزارش عملياتي

 

ـ ارايه طرح مقدماتي استخراج

 

ـ مستند‌سازي‌ و ثبت اطلاعات

 

ـ ارايه طرح استخراج

 

 

عمليات اكتشاف كروميت در مرحله اكتشاف تفضيلي

طرح استخراج معادن كروميت با سرمايه‌گذاري پايين

همان‌طور كه قبلا گفته شد ساختار عمومي كروميت‌هاي ايران لنزي شكل و به‌صورت تسبيح دانه است. روند مشخصي مربوط به كاني‌سازي‌ اين نوع ذخاير وجود ندارد و ممكن است در حين استخراج رگه ناپديد شود. بنابر اين استخراج كروميت بايد به‌صورت حساب شده انجام گيرد. متاسفانه سرمايه‌گذاران بخش كروميت به دلايل مختلفي مانند رسيدن زود هنگام به سود، نداشتن برنامه‌ريزي مناسب براي استخراج، فقدان نيروي استخراجي ماهر و عدم انجام كارهاي اكتشافي كافي براي تخمين واقعي ذخيره با مشكلات متعددي در حين استخراج مواجه مي‌شوند. هزينه ماشين‌آلات و تاسيسات لازم براي بهره‌برداري ذخاير كوچك كروميت به‌صورت زير برآورد مي‌شود:

 

الف. ماشين‌آلات مورد نياز

 

يك دستگاه بيل مكانيكي (كماتسو 220): ارزش 1500 ميليون ريال

يك دستگاه بلدوزر (كماتسو D155): ارزش 5/2744 ميليون ريال

وانت (نيسان پيكاپ دو كابينه): ارزش 240 ميليون ريال

 

ب. نيروي انساني

 

مسئول فني (يك نفر): دستمزد سالانه 42 ميليون ريال

سرپرست (يك نفر): دستمزد سالانه 54 ميليون ريال

راننده بيل مكانيكي (دو نفر): دستمزد سالانه هر كدام 54 ميليون ريال

راننده بلدوزر (دو نفر): دستمزد سالانه هر كدام 54 ميليون ريال

راننده كاميون (يك نفر): دستمزد سالانه 36 ميليون ريال

نگهبان (يك نفر): دستمزد سالانه 30 ميليون ريال

كارگر ساده (5 نفر): دستمزد سالانه هر كدام 150 ميليون ريال

 

ج. ساير هزينه‌ها

 

هزينه‌هاي كل تهيه سوخت ماشين‌آلات: 29 ميليون ريال

هزينه‌هاي تعميرات و نگهداري كل براي ماشين‌آلات: 454 ميليون ريال

هزينه‌هاي اجاره و لوازم مصرفي كلي: 436 ميليون ريال

هزينه‌هاي پيش‌بيني نشده: 150 ميليون ريال

كل هزينه‌هاي جاري: 1656 ميليون ريال

هزينه‌هاي استهلاك: 557 ميليون ريال

هزينه حق پايه: 7 ميليون ريال

 

لذا سرمايه‌گذاري لازم جهت راه‌اندازي يك معدن كروميت كوچك در ايران با ظرفيت مذكور با توجه به پتانسيل‌هاي شناخته شده و موجود حدود 10 ميليارد ريال برآورد مي‌شود. در صورتي‌كه معدن به روش زيرزميني استخراج شود به دليل تجهيزات و امكانات زياد مورد نياز در خدمات فني مختلف و تهويه تونل‌ها و كارگاه‌ها و غيره، هزينه سرمايه‌اي به مراتب نيز بيشتر خواهد شد كه با يك حساب سرانگشتي در حدود 15-13 ميليارد ريال تخمين زده مي‌شود.

 

 

فرآوري كروميت

 

كروميت كه در صنايع مختلفي مانند متالوژي استفاده مي‌شود بايد بيشتر از 46 درصد Cr2O3 داشته باشد و نسبت بيشتر از باشد. چنانچه كروميت درجات پايين‌‌تر را نيز بخواهند به‌كار ببرند بايد سيستم پيچيده تغليظ در آن صورت گيرد. با استفاده از روش مغناطيسي، ابتدا كانه‌ها خرد و سپس صاف و خشك مي‌شوند و سپس توسط جدا‌كننده‌هاي مغناطيسي با ميدان قوي به‌صورت خشك تلغليظ مي‌شوند. در حال حاضر روش‌هاي جدا‌كننده‌ مغناطيسي با ميدان قوي جهت تغليظ نيز درحال انجام است.

 

كروميت در صنايع نسوز بايد حاوي درجات پايين‌‌تر Cr2O3 و محتوي آلومينيوم بالاتر باشد. مجموع تركيب Cr2O3+Al2O3 ‌بايد از 60 درصد بيشتر باشد، در فرآيند تغليظ كروميت، كانه كروميت ابتدا تميز مي‌شود و سپس عمل پردازش توسط شست‌وشو، سنگ جوري دستي، غربال، تغليظ گراويتي تكميل مي‌شود. كاني روي سرند، شسته و در اندازه‌هاي مختلف جمع‌آوري مي‌شود. پرعيار كردن كاني كروميت با استفاده از جيك (ميز لرزان) صورت مي‌شود. افزودن اين عنصر به فولاد به دليل داشتن خواص مقاومت در مقابل خوردگي، سختي زياد و مقاومت شيميايي حائز اهيمت است.

 

به‌طور كلي روش‌هاي پر عيار كردن كروميت عبارتند از:

 

 

1. روش سنگ جوري

 

بر اين اساس كلوخه‌هاي استخراج شده سنگ معدن به‌صورت دستي سنگ جوري شده و سنگ‌هاي پر عيار كه معمولا بر اساس رنگ آنها مشخص مي‌شود توسط كارگران به كناري نهاده شده و جدا مي‌شود. در گذشته اين روش از رونق زيادي برخوردار بوده كه وجود نيروي كار ارزان قيمت، نبود تكنولوژي معدني و محدوديت ميزان استخراج از دلايل عمده آن بوده است.

 

 

2. روش جدايش ثقلي

 

به دليل اختلاف وزن مخصوص كروميت با كاني‌هاي همراه آن كه قبلا ذكر شده روش ثقلي به‌عنوان يك روش كارآمد و ساده از گذشته مورد استفاده بوده و با پيشرفت تكنولوژي نه تنها از دور خارج نشده است بلكه وسايل جديد فرآوري نيز بر اساس آن ساخته شده مورد استفاده قرار مي‌گيرد. به فراخور دانه‌بندي‌ و خوراك اوليه وسايل پر عيار‌سازي‌ مناسب مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

 

 

3. روش استفاده از خاصيت مغناطيسي

 

با توجه به وجود آهن در تركيب كانه كروميت و در نتيجه دارا بودن خاصيت مغناطيسي، با استفاده از جدا‌كننده‌هاي مغناطيسي با شدت زياد مي‌توان به جدا‌سازي‌ كروميت از گانگ پرداخت. براي جدا‌سازي‌ كروميت با استفاده از خاصيت مغناطيسي، استفاده از دستگاه‌هاي مغناطيسي خشك و مرطوب متداول است. اين دستگاه‌ها مي‌بايست قدرت ايجاد ميدان مغناطيسي با شدت بالا را داشته باشند تا بتوان از آنها در فرآيند جدا‌سازي‌ استفاده كرد. در صورت دانه ريز بودن ماده معدني بايد از روش مرطوب استفاده شود. امروزه از اين روش در بسياري از كارخانه ي فرآوري بهره گيري مي‌شود زيرا سهولت عمل و سادگي تجهيزات مورد استفاده و كاربرد آن را وسعت بخشيده است. [3] و [4]

 

 

روش جدايش مغناطيسي

4. روش فلوتاسيون

 

اين روش بر پايه خواص فيزيكوشيميايي كاني‌ها استوار است از قرن 19 ميلادي كم‌كم رواج يافت، ليكن امروزه متداول‌‌ترين روش‌هاي آرايش است. امروزه روش فلوتاسيون كارآمدترين روش كانه‌آرايي به شمار مي‌رود.

اين روش نخستين بار در سال 1906 پايه‌گذاري شد و نخستين كاربرد آن در مقياس صنعتي در استراليا و ايالات متحده آمريكا بوده است.

 

 

روش فلوتاسيون

تكنولوژي تهيه فلز كروم و فروكروم

 

پودر كروم كه به روش‌هاي زير تهيه مي‌شود به منظور پوشش فلزات به كار گرفته مي‌شود مهم‌ترين مورد استفاده كروم در صنايع توليدي آلياژ، توليد فروكروم است كه امروزه جايگاه خاصي در صنعت داشته و مصرف آن رو به افزايش است.

 

 

1. طريقه آلوترميك

 

در اين روش اكسيد كروم خالص را با پودر آلومينيوم تركيب كرده و در اثر محل جانشيني فلز كروم آزاد مي‌شود. اين روش به دليل توليد انرژي و حرارت بالايي كه دارد معمولا كمتر مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

 

Cr2O3+2Al --- Al2O3+2Cr

 

 

2. طريقه سيليكوترميك

 

در اين روش عمل جانشيني توسط سيليسيم انجام مي‌شود و معمولا در صنعت بيشتر كاربرد دارد.

 

Cr2O3+3Si --- 3SiO2+4Cr

 

 

3. طريقه احيا توسط كربن

 

در اين روش كربن عمل جانشيني را انجام مي‌دهد:

 

Cr2O3+2C --- 2Co2+2Cr

 

 

4. طريقه الكتروليز

 

معمولا در صنعت از تجزيه الكتروليز اسيدكروميك نيز استفاده مي‌شود. به منظور استفاده از كروميت در صنعت متالوژي ابتدا بايد در كوره‌هاي قوس الكتريكي به انواع مختلف فروكروم تبديل شود (فروكروم پركربن ـ فروكروم كم‌‌كربن ـ فروكروم با كربن متوسط) تغيير مقدار كربن در محدوده 8-1 درصد است. [3] و [4]

 

در زمينه فرآوري كروميت لازم است كه بازار مصرف كروميت، مصارف عمده آن، مشخصات كمي و كيفي و استانداردهاي كروميت مورد مصرف در صنايع مختلف به‌طور دقيق مورد مطالعه قرار گرفته و سپس مشخصات فيزيكي و شيميايي ذخاير كروميت موجود مورد بررسي قرار گرفته و كاربردهاي مناسب آنها شناسايي شود تا متناسب با هر يك از صنايع مصرفي، عمليات فرآوري مناسب پيش‌بيني شود. در حال حاضر در نزديكي بيشتر كارخانه‌هاي فولاد كشور، ذخايري از كروميت شناسايي شده، اما كارخانه‌هاي فرآوري كروميت و توليد فروكرم در نزديكي همه آنها احداث نشده كه مطالعه در زمينه امكان احداث كارخانه‌هاي فرآوري و توليد فروكرم در نزديكي كارخانه‌هاي فولاد مذكور لازم و ضروري به نظر مي‌رسد.

 

 

سهيل زارع‌مطلق دانشجوي دكتراي اكتشاف معدن دانشگاه صنعتي اميركبير