کرومیت چیست؟

کرومیت یک کانی اکسیدی و منبع اصلی فلز کروم است که به صورت طبیعی در سنگ‌های آذرین یافت می‌شود. این ماده معدنی به دلیل سختی بالا، مقاومت در برابر حرارت و خاصیت ضدزنگ بودن، در صنایع فولاد، متالورژی و تولید مواد نسوز کاربرد گسترده‌ای دارد.

در پوسته زمین، کرومیوم به صورت ترکیب‌شده در سنگ‌های آذرین قلیایی که مربوط به مراحل ابتدایی تبلور ماگما هستند، دیده می‌شود و با موادی مانند آهن (در حالت دو و سه ظرفیتی)، نیکل، منیزیم و کبالت همراه است. برخی از سیلیکات‌های قلیایی مثل الیوین، اوژیت و هورنبلاند نیز می‌توانند دارای کروم باشند.

کانه کروم، یعنی کرومیت، عمدتاً در سنگ‌های اولترابازیک مانند هارزبورژیت، پریدوتیت، دونیت، گابرو، نوریت و پیروکسنیت متمرکز می‌شود و ویژگی‌های خاص این سنگ‌ها بر ترکیب کرومیت تأثیرگذار است. ترکیب کرومیت وابسته به سنگ‌های مجاور آن است و با افزایش میزان الیوین در سنگ، مقدار   نیز در کرومیت افزایش می‌یابد.

از نظر ساختاری، کرومیت به دو صورت اتومورف و گزنومورف ظاهر می‌شود و اندازه دانه‌های آن از 0.2 تا 10 میلی‌متر متغیر است. اکثر این بلورها کوچک و کمتر از 2 میلی‌متر بوده و معمولاً در سنگ‌های دارای پیروکسن دیده می‌شوند. بلورهای گزنومورف غالباً دارای دانه‌بندی منظمی هستند.

نوشته زیر به طور جامع به بررسی، تاریخچه، مشخصات کرومیت، شرایط تشکیل، مطالعات اقتصادی و.. می پردازد.

تاریخچه

پیش از سال 1766، کانی کرومیت با نام «سرب قرمز» شناخته می‌شد. در سال 1761، یوهان گوتلوب لهمان در کوه‌های اورال به کانی قرمز-نارنجی رنگی برخورد که آن را «سرب قرمز سیبری» نامید. سپس در سال 1770، پیتر سیمون پالاس همان مکان را بازدید و کانی سرب قرمز رنگی یافت که دارای ویژگی‌های مفیدی مانند قابلیت استفاده در نقاشی بود.

در سال 1797، شیمی‌دان فرانسوی، نیکولاس-لویی واکولین، برای نخستین بار عنصر کروم (Cr) و نمونه‌های کانسنگ کروکوئیت را کشف کرد. وی در یکی از معادن طلای سیبری، به اولین کانی دارای کروم دست یافت و کروکوئیت با فرمول شیمیایی PbCrO4 نام‌گذاری شد. واکولین توانست اکسید کروم (CrO3) را با ترکیب کروکوئیت و اسید هیدروکلریک تولید کند.

او متوجه شد که کرومیت حاوی اکسید فلزی ناشناخته است که ترکیبات آن رنگ‌های متنوعی مانند قرمز، زرد و آبی دارند. از این رو، با الهام از واژه یونانی “chroma” به معنی رنگ، نام کروم را برای این عنصر برگزید.

بیشتر بخوانید:قیمت سنگ کرومیت

کشف کرومیت در مریلند در سال 1827و سپس در پنسیلوانیا و ویرجینیا، و همچنین توسعه کانسارهای بزرگ کرومیت در ترکیه در سال 1860، موجب شد تا شوروی از جایگاه برتر در تولید جهانی کرومیت کنار رود. تا اوایل دهه 1900، این ماده معدنی عمدتاً در صنایع شیمیایی به‌کار می‌رفت؛ اما پس از آن در تولیدات متالورژیکی و آجرهای نسوز به‌صورت گسترده استفاده شد.

مشخصات کرومیت

نام کرومیوم (Chromium) از واژه یونانی “Chroma” به معنی رنگ گرفته شده است. این عنصر شانزدهمین عنصر فراوان در پوسته زمین است و حدود 0.037٪ از ترکیبات پوسته زمین را تشکیل می‌دهد. کرومیوم فلزی نسبتاً سخت و دارای رنگی بین خاکستری تیره تا فولادی است. این فلز با نماد Cr، عدد اتمی 24، وزن اتمی 51.9961، و چگالی 7.19گرم بر سانتی‌متر مکعب شناخته می‌شود.

کرومیوم با سختی 8.5 در مقیاس موس، دارای جلای بالا، نقطه ذوب 1857درجه سانتی‌گراد و نقطه جوش 2672درجه سانتی‌گراد است و در برابر خوردگی مقاومت خوبی دارد. این فلز در گروه 6 جدول تناوبی و در دوره 4 به عنوان یکی از فلزات واسطه (Transition Metals) قرار دارد.

کرومیت، با فرمول شیمیایی FeCr₂O₄، تنها منبع تجاری برای تولید کروم محسوب می‌شود و در سنگ‌های اولترابازیک یافت می‌شود. نیمی از ذخایر کرومیت جهان در آفریقای جنوبی قرار دارد و بخش‌های دیگر آن در قزاقستان، هند و ترکیه یافت می‌شوند.

بافت کرومیت

بافت اولیه کرومیت با توجه به ساختار و منشأ آن تغییر می‌کند و به همین دلیل، کرومیت با بافت‌های متنوعی شناسایی می‌شود. از این منظر، بافت کرومیت به دو دسته کلی تقسیم می‌شود:

• بافت نامنظم، که در آن دانه‌های کرومیت بدون جهت‌گیری خاصی در سنگ میزبان پراکنده‌اند.

• بافت منظم، که در آن دانه‌ها تحت تأثیر عوامل خاص در جهت معینی متمرکز شده و شکل‌های مختلفی را تشکیل می‌دهند.

در ادامه، ویژگی‌های چند نمونه از بافت‌های کرومیت به تفصیل مورد بررسی قرار می‌گیرد.

انواع بافت های کرومیت

• بافت نواری: این نوع بافت منظم، به صورت لایه‌ها یا نوارهای کرومیت است که به طور متناوب در کنار بخش‌های سرپانتین و الیوین قرار گرفته‌اند. در این نوع کانسنگ، نسبت کرومیت به سیلیکات متفاوت بوده و متغیر است.
• بافت پوست پلنگی: این بافت از تجمع دانه‌های کرومیت با اندازه‌های متغیر تشکیل شده است، به طوری که بخشی از دانه‌ها اتومورف و بخشی دیگر گزنومورف هستند. در این نوع بافت، دانه‌ها به صورت کروی یا بیضوی متمرکز شده و اندازه آن‌ها از 3 تا 30 میلی‌متر متغیر است.
• بافت کوکاد: این بافت شامل یک هسته کرومیتی کروی است که با لایه‌ای از سرپانتین احاطه شده و سپس حاشیه دیگری حاوی بلورهای ریز کرومیت در اطراف آن قرار دارد.

علاوه بر این‌ها، می‌توان به بافت‌های افشان، توده‌ای و متراکم نیز اشاره کرد. به عنوان نمونه، در منطقه افیولیتی سبزوار، بافت کرومیت‌ها عمدتاً متراکم بوده، هرچند در برخی رخنمون‌ها بافت پوست پلنگی نیز مشاهده می‌شود که با افزایش عمق به بافت متراکم تبدیل می‌گردد.

بافت‌های پوست پلنگی و نواری بیشتر در توده‌های تیپ لایه‌ای این منطقه و سایر مناطقی مانند فاریاب و اسفندقه در جنوب ایران دیده می‌شوند.

همچنین، در برخی موارد، دانه‌های کرومیت در اثر فشارهای تکتونیکی دچار شکستگی شده‌اند که به این نوع شکستگی‌ها در کرومیت «شکستگی‌های کاتاکلاستیک» گفته می‌شود.

کروم به صورت فرعی در کانی‌هایی چون وزوویانیت، دیوپسید، تورمالین، گرونا، میکا و کلریت نیز یافت می‌شود، اما کرومیت همچنان اصلی‌ترین کانی حاوی فلز کروم است.

ساخت کرومیت

کرومیت به دو صورت اتومورف و گزنومورف مشاهده می‌شود و اندازه دانه‌های آن از 0.2 میلی‌متر متغیر است. بلورهای اتومورف در مقایسه با شکل‌های گزنومورف کمتر دیده می‌شوند و این بلورها اغلب ریز و کوچک‌تر از 2 میلی‌متر بوده و معمولاً در سنگ‌های غنی از پیروکسن یافت می‌شوند.

بلورهای گزنومورف اغلب دارای دانه‌بندی منظمی هستند. در سنگ‌های آنورتوزیت، بلورهای کرومیت با یال‌های محدب مشاهده می‌شوند که تحت تأثیر خوردگی شیمیایی قرار گرفته‌اند. حرکت‌هایی که توده کرومیت پس از سخت شدن ممکن است متحمل شود، ساختاری برش‌مانند نیز در آن ظاهر می‌شود.

در صورتی که دانه‌های کرومیت تحت تأثیر محلول‌های گرمابی و پنوماتولیتی دچار خوردگی شیمیایی شوند، یال‌ها و حواشی آن‌ها به صورت نامنظم و دندانه‌دار در می‌آید. این حواشی با خطوط تیره از مواد آهن‌دار مشخص می‌شوند.

تاثیرات زیست محیطی

کروم، در حالت اکسیداسیون سه‌ظرفیتی معمولاً خطری برای سلامت انسان ایجاد نمی‌کند، اما در حالت شش‌ظرفیتی سمی و بسیار خطرناک است. مصرف حدود نیم قاشق چای‌خوری از کروم شش‌ظرفیتی می‌تواند مسمومیت کشنده‌ای ایجاد کند، و حتی مقادیر کمتر آن نیز اثرات سرطان‌زا دارد.

حداکثر میزان مجاز این ترکیب در آب آشامیدنی برابر با 0.05 میلی‌گرم در لیتر است. کروم عمدتاً به صورت سه‌ظرفیتی و چهارضرفیتی وارد محیط زیست (آب، خاک و هوا) می‌شود.

کمبود کروم در انسان و حیوانات می‌تواند به اختلالات عصبی منجر شود. مطالعات نشان داده است که کمبود کروم خطر بروز بیماری‌های قلبی-عروقی را افزایش می‌دهد و میزان نیاز روزانه بدن به این عنصر بین 50 تا 200 میکروگرم است. کروم و مس هر دو عناصری هستند که کمبودشان می‌تواند موجب بیماری‌های قلبی-عروقی شود.

منابع آلودگی کروم

• خاک‌ها و پسماندهای معدنی آلوده به کروم.
• مصرف غذاهای آلوده، تنفس هوای آلوده و تماس پوستی، از راه‌های اصلی ورود کروم به بدن و ایجاد مسمومیت هستند.

بیماری‌های ناشی از تماس با کروم

• استنشاق طولانی‌مدت ترکیبات شش‌ظرفیتی کروم می‌تواند منجر به سرطان ریه شود.
• سرطان مجاری برونش
• التهاب پوستی

علائم آلودگی به کروم

• آسیب به چشم‌ها، پوست و غشاهای مخاطی.
• تخریب سینوس‌ها و سوزش چشم.
• اختلالات قلبی.
• التهاب‌های پوستی.
• تماس پوستی می‌تواند موجب حساسیت، خشکی و زخم‌های پوستی، شامل زخم‌های عمیق در دست‌ها و بازوها، شود.
• استنشاق این عنصر می‌تواند آبریزش بینی، خونریزی بینی و زخم در بافت‌های بینی ایجاد کند.
• بلع مقادیر بالای آن منجر به زخم معده، تشنج، و آسیب‌های کلیوی و کبدی شده و حتی ممکن است به مرگ بینجامد.

ترکیبات شش‌ظرفیتی کروم به عنوان عوامل سمی مزمن شناخته شده‌اند و با افزایش خطر ابتلا به سرطان ریه همراه هستند. مسمومیت کروم سه‌ظرفیتی ناشناخته است، اما به‌طور کلی کم‌خطرتر از کروم چهارظرفیتی در نظر گرفته می‌شود و ترکیبات کم‌ظرفیتی آن ایمن تلقی می‌شوند.

کاربردهای کرومیت

این ماده معدنی به‌طور عمده در صنایع متالورژی، شیمیایی و تولید نسوزهای ریخته‌گری کاربرد دارد. ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی این ماده تعیین‌کننده قابلیت استفاده آن در هر یک از این صنایع هستند. بر این اساس، کرومیت‌ها به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

•  نوع پرکروم که در متالورژی کاربرد دارد.
• نوع پرآهن که در متالورژی و صنایع شیمیایی مصرف می‌شود.
• نوع پرآلومینیوم که در صنایع نسوز استفاده می‌شود.

صنایع متالورژی بزرگ‌ترین مصرف‌کننده کرومیت هستند و به تنهایی 85 درصد از مصرف جهانی این ماده را شامل می‌شوند. کاربرد اصلی این ماده در این صنایع، تولید آلیاژهای فروکروم برای فولادهای ضد زنگ است.

فولاد ضد زنگ یکی از مهم‌ترین فلزات آلیاژی محسوب می‌شود و حدود 1 تا 2 درصد از تولید جهانی فولاد را به خود اختصاص می‌دهد، به‌طوری که 12 تا 36 درصد از کروم در این نوع فولاد مصرف می‌شود.

به طور کلی، 75 درصد از مصرف جهانی کرومیت و بیش از 90 درصد از فروکروم برای تولید فولاد ضد زنگ به کار می‌رود. در سال‌های اخیر تغییرات قابل توجهی در نوع مصرف این ماده مشاهده نشده است.

92 درصد از ذخایر کرومیت جهان در آفریقای جنوبی و قزاقستان قرار دارد که بیشترین سهم مربوط به آفریقای جنوبی با 81 درصد از ذخایر جهانی است. تولید جهانی کرومیت در دهه گذشته بین 9 تا 14 میلیون تن در نوسان بوده و در سال 1998 به 14.2 میلیون تن رسید که نسبت به سال قبل 5 درصد کاهش داشت.

مصرف کرومیت در صنایع تولید فروکروم به‌طور آهسته و پیوسته افزایش یافته و در سال 1378 به کمتر از 40 هزار تن رسیده است. با توجه به برنامه‌های توسعه واحدهای فولادسازی در کشور، انتظار می‌رود تقاضا برای این ماده در آینده بیشتر شود.

شرایط تشکیل کرومیت

در مورد تشکیل این ماده معدنی، رایج‌ترین دیدگاه این است که با بالا آمدن ماگمای نفوذی و کاهش تدریجی دما در اثر تبادل حرارتی، دانه‌های کرومیت شکل می‌گیرند. برای بررسی شرایط تشکیل و ژنز کانسارهای کرومیت، شناخت خاستگاه تکتونیکی افيوليت‌ها اهمیت ویژه‌ای دارد که در ادامه به آن پرداخته می‌شود.

حاشیه‌های مخرب تکتونیکی: در این رژیم تکتونیکی، دو پوسته مجاور به سمت یکدیگر حرکت می‌کنند و لبه پوسته‌ای که چگالی و سرعت بیشتری دارد، به زیر صفحه دیگر فرورفته و سه حالت کلی زیر در این فرآیند به وجود می‌آید:

• الف – وزن فرورانش حاشیه قاره‌ها: این حالت شامل فرورفتن یک پوسته قاره‌ای به زیر پوسته قاره‌ای دیگر است. مهم‌ترین این زون‌های فرورانش در آمریکای جنوبی و همچنین در ایران، ترکیه و رومانی قرار دارند. مجموعه‌های افيوليتي ایران، ترکیه، عمان، قبرس، یوگسلاوی سابق و یونان در این زمینه شکل گرفته‌اند و دارای کانسارهای مهم کرومیت و برخی ذخایر سولفیدی توده‌ای هستند.

• ب – زون جزایر قوسی: در این حالت، یک صفحه اقیانوسی به زیر صفحه اقیانوسی دیگر یا به زیر یک پوسته قاره‌ای جوان فرو می‌رود. جزایر قوسی غرب اقیانوس آرام، مانند مجموعه‌های بزرگ افيوليتي فیلیپین و کالدونیای جدید، به این زون مربوط می‌شوند.

• ج – زون تصادم دو قاره: در این مرحله، پس از حذف پوسته اقیانوسی، دو قاره با یکدیگر برخورد کرده و در شرایط خاصی، یک قاره به زیر قاره دیگر می‌رود. نمونه بارز این حالت را می‌توان در کوه‌های آلپ و هیمالیان مشاهده کرد که افيولیت‌های آلپ نمایانگر آن هستند.

استخراج کرومیت

استخراج کرومیت معمولاً به دو روش روباز و زیرزمینی انجام می‌شود. اگر توده‌های بزرگ کرومیت در نزدیکی سطح زمین واقع شده باشند، عملیات معدنی به صورت روباز خواهد بود. در مقابل، بیشتر کانسارهای لایه‌ای (Stratiform) و انباری (Padiform) به روش زیرزمینی استخراج می‌شوند.

به عنوان مثال، در کوه‌های اورال قزاقستان، برخی از معادن بزرگ کرومیت به روش روباز (Open Pit) استخراج می‌شوند، در حالی که بیشتر معادن کرومیت در آفریقای جنوبی به روش زیرزمینی مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرند.

برخی از معادن کرومیت مانند معدن فاریاب در ایران، قابلیت استخراج با هر دو روش روباز و زیرزمینی را دارند. در معادن بزرگ کشورهای اصلی تولیدکننده کرومیت مانند آفریقای جنوبی، ماداگاسکار، قزاقستان، ترکیه و هند، عملیات معدنی به‌طور کامل مکانیزه است و از ماشین‌آلاتی مانند شاول‌های برقی و کامیون‌های بزرگ معدنی برای بارگیری و حمل‌ونقل استفاده می‌شود.

استخراج این ماده در برخی موارد به روش حفر تراشه، دنبال رگه، یا بر اساس شرایط توپوگرافی منطقه به روش کنتوری انجام می‌شود. در بیشتر معادن کرومیت واقع در جنوب ایران، استخراج به صورت زیرزمینی و از نوع کند و آکند انجام می‌گیرد و در گذشته عمدتاً به روش انباری بوده است.

تأسیسات زیرساختی لازم برای استخراج کرومیت

برای استخراج کانسارهای کرومیت در ایران، اخذ مجوزهای بهره‌برداری و تجهیز و آماده‌سازی در اولویت قرار دارد. امکانات و تأسیسات زیرساختی لازم برای استخراج کرومیت به شرح زیر است:

• اخذ مجوز بهره‌برداری.
• تأمین ماشین‌آلات راه‌سازی و معدنی نظیر بولدوزر، لودر، کامیون، ماشین حفاری و کمپرسور. تعداد و ظرفیت این ماشین‌آلات به حجم عملیات و ظرفیت تولید بستگی دارد. به‌طور معمول، حداقل یک دستگاه بولدوزر، یک دستگاه لودر (که در روش روباز ممکن است به دو دستگاه لودر نیاز باشد)، و یک یا دو دستگاه ماشین حفار و کمپرسور (که در روش زیرزمینی ممکن است نیاز به دو یا بیشتر کمپرسور باشد) به همراه چند کامیون برای بهره‌برداری از هر یک از این ذخایر کافی است.
• ساخت مکان‌هایی برای نیازهای اولیه پرسنل (مانند رستوران، رختکن، حمام و غیره).
• ایجاد انبار برای قطعات و تجهیزات یدکی و پارکینگ ماشین‌آلات موجود در معدن.
• احداث ساختمان یا دفتر اداری در معدن برای نگهداری، بررسی و مطالعه اسناد و نقشه‌های مربوط به معدن.
• تهیه مخازن سوخت و آب آشامیدنی.
• تأمین آب و برق مصرفی معدن از نزدیک‌ترین منابع ممکن.
• ساخت انبار مواد منفجره.
• تهیه سایر امکانات مورد نیاز در یک معدن.

وضعیت معادن کرومیت در ایران و جهان

تعداد معادن فعال کرومیت در ایران بین سال‌های 1368 تا 1379با رشد قابل‌توجهی از 2 معدن به 30 معدن افزایش یافت. علاوه بر این، چند معدن دیگر نیز در سال 1379 در حال تجهیز بودند که به این ترتیب، تعداد کل معادن فعال کشور به بیش از 30 معدن تخمین زده می‌شود.

اگرچه سهم ایران در تولید جهانی از این ماده بسیار ناچیز است، اما در قاره آسیا پس از هند در جایگاه دوم قرار دارد. در سطح جهانی نیز ایران در کنار کشورهایی مانند روسیه، آلبانی، و برزیل در زمره کشورهای تولیدکننده کرومیت به‌شمار می‌آید.با توجه به مصرف پایین کرومیت و کنسانتره‌های آن در ایران، این کشور با وجود میزان تولید کم، در فهرست کشورهای صادرکننده این ماده معدنی قرار دارد.

در معادن بزرگ کشورهای مهم تولیدکننده کرومیت، نظیر آفریقای جنوبی، قزاقستان و ترکیه، از روش‌های مکانیزه و تجهیزات پیشرفته‌ای مانند شاول‌های برقی و کامیون‌های بزرگ معدنی استفاده می‌شود.

اما در ایران و برخی کشورهای دیگر که تولید کمتری دارند، استخراج به روش‌های سنتی با استفاده از ماشین‌آلاتی مانند بولدوزر، لودر و کامیون‌های کوچک انجام می‌گیرد. استخراج ماده معدنی عمدتاً از طریق انفجار و آتشباری است، به‌ویژه در معادن روباز که اغلب از مواد منفجره‌ای مانند آنفو استفاده می‌شود. در معادن زیرزمینی نیز معمولاً دینامیت به‌کار می‌رود.

مطلب قبلی

راهنمای کامل انواع بنتونیت، تفاوت‌ها وکاربردی آن‌ها

مطلب بعدی

سیلیس چیست؟