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铬的基本知识

 

声母:g

字头:铬,(,鉻,)

四笔号码:3736

注音:gè

摘要:ge

笔画:11画

部首画:05

部首:钅部

释义:金属元素,符号Cr。银灰色,质硬而脆,耐腐蚀,是制造不锈钢、高速钢等的重要原料。在其他金属上镀铬可防锈。

△不读luò。

部首查询:05钅部



chromium
  一种化学元素 。化学符号 Cr , 原子序数 24 , 原子量51.9961,属周期系ⅥB族。1797年法国N.-L.沃克兰从西伯利亚红铅矿(即铬铅矿)中发现一种新元素,次年用碳还原法制得这种金属。因为铬能形成多种颜色的化合物,便用希腊文chromos(含义是颜色)命名为chromium。铬在地壳中的含量为1.0×10-2%。最重要的矿物为铬铁矿。
  铬是钢灰色有光泽的金属,熔点1857℃,沸点2672℃,20℃时的密度,单晶为 7.22克/厘米3 ,多晶为7.14克/厘米3。有延展性 ,但含氧 、氢 、碳和氮等杂质时变得硬而脆。铬的化学性质不活泼,常温下对氧和水汽都是稳定的,铬在高于600℃时开始和氧发生反应 , 但当表面生成氧化膜以后,反应便缓慢,当加热到1200℃时,氧化膜被破坏,反应重新变快。高温下,铬与氮、碳、硫发生反应。铬在常温下就能和氟作用。铬能溶于盐酸、硫酸和高氯酸,遇硝酸后钝化 ,不再与酸反应。铬能与镁、钛、钨、锆、钒、镍、钽、钇形成合金。铬及其合金具有强抗腐蚀能力。铬的氧化态为 -1、-2、+1、+2、+3、+4、+5、+6 。铬的氧化物有氧化亚铬(CrO)、三氧化二铬(Cr2O3)、三氧化铬(CrO3 )。三氧化铬是红色针状晶体,高温下分解为三氧化二铬和氧气,是强氧化剂,酒精和它接触后能着火,在染料和皮革工业中有广泛的用途。铬酸盐的通式为MCrO4或MIICrO4(IM为一价金属 ,IIM为二价金属)。铬酸盐在酸性溶液中存在以下平衡:
Image:铬.jpg
CrO是铬酸根离子,在溶液中显黄色 。Cr2O是重铬酸根离子,在溶液中显橙红色。此反应的平衡常数K=1×1014,表明在酸性溶液中Cr2O占优势,在碱性溶液中CrO占优势 。碱金属的铬酸盐都易溶于水,是强氧化剂,银和铅的铬酸盐不溶于水。铬和铁、铝一样,是一种成矾元素,可形成钾铬矾〔KCr(SO4) 2·12H2O〕,是制高级皮革必需的。铬还容易形成配位化合物,如〔Cr(NH3)〕6Cl3、〔Cr(NH3) 5Cl〕Cl2、〔Cr(NH3)4Cl2〕Cl等。铬及其化合物有毒,可引起鼻膜炎 、支气管哮喘和肾病等。

  金属铬的制法有:①在电炉中用金属铝还原三氧化二铬。②电解铵铬矾溶液。③最纯的铬采用真空下使二碘化铬或羰基铬热分解方法。钢中加铬、镍或铬、锰组成的不锈钢广泛用于制造化工设备。铬钴合金硬度高用于切削工具。铬的镀层可使外表美观,耐磨和抗腐蚀性能好。铬橙、铬红、铬黄、铬绿都是重要的无机颜料。 

是一种化学元素,它的化学符号是Cr,它的原子序数是24,是一种坚硬、金属银色的过渡金属。

发现

1780年, 由 Nicholas Louis Vauquelin (法国,巴黎) 发现并分离出。

来源

自然界没有游离状态的铬,主要的矿物是铬铁矿{Chromite [Fe,Mg(CrO4)]}

用途

用于制不锈钢,汽车零件,工具,磁带和录像带等。铬镀在金属上可以防锈,也叫可多米,坚固美观。铬作为其他金属的合金添加剂可以增加强度,硬度,抗腐蚀和耐热性能。从航空,到船舶,再到陆地用涡轮,都可以发现含铬的超合金。在焊接工业上,也使用铬和铝及铜的合金。高纯电解铬靶材是电子工业的镀膜材料。

生理

铬是人体必需的微量元素,在肌体的糖代谢和脂代谢中发挥特殊作用。三价的铬是对人体有益的元素,而六价铬是有毒的。人体对无机铬的吸收利用率极低,不到1%;人体对有机铬的利用率可达10-25%。铬在天然食品中的含量较低、均以三价的形式存在。

确切地说,铬的生理功能是与其它控制代谢的物质一起配合起作用,如激素、胰岛素、各种酶类、细胞的基因物质(DNA和RNA)等。铬的生理功能主要有:

  1. 是葡萄糖耐量因子的组成部分,对调节体内糖代谢、维持体内正常的葡萄糖耐量起重要作用。
  2. 影响肌体的脂质代谢,降低血中胆固醇和甘油三酯的含量,预防心血管病。
  3. 是核酸类(DNA和RNA)的稳定剂,可防止细胞内某些基因物质的突变并预防癌症。

正常健康成人每天尿里流失约1微克铬。

啤酒酵母、废糖蜜、干酪、蛋、肝、苹果皮、香蕉、牛肉、面粉、鸡以及马铃薯等为铬的主要来源。

危害

  • 危害途径:吸入、食入、皮肤接触等

对皮肤

皮肤直接接触铬化合物所造成的伤害

铬性皮肤溃疡(铬疮)

铬化物并不损伤完整的皮肤,但当皮肤擦伤而接触铬化合物时即可发生伤害作用。铬性皮肤溃疡的发病率偶然性较高,主要与接触时间长短,皮肤的过敏性及个人卫生习惯有关。铬疮主要发生于手、臂及足部,但只要皮肤发生破损,不管任何部位,均可发生。指甲根部是暴露处,容易积留脏物,皮肤也最易破损,因此这些部位也易形成铬疮。形成铬疮前,皮肤最初出现红肿,具搔痒感,不作适当治疗可侵入深部。溃疡上盖有分泌物的硬痂,四周部隆起,中央深而充满腐肉,边缘明显,呈灰红色,局部疼痛,溃疡部呈倒锥形,溃疡面较小,一般不超过3mm,有时也可大至12—30mm,或小至针尖般大小,若忽视治疗,进一步发展可深放至骨部,剧烈疼痛,愈合甚慢。

铬性皮炎及湿疹

接触六价铬也可发生铬性皮炎及湿疹,患处皮肤搔痒并形成水泡,皮肤过敏者接触铬污染物数天后即可发生皮炎,铬过敏期长达3—6月,湿疹常发生于手及前臂等暴露部份,偶尔也发生在足及踝部,甚至脸部、背部等。

对呼吸道

铬性鼻炎

接触铬盐常见的呼吸道职业病是铬性鼻炎,该病早期症状为鼻粘膜充血,肿胀、鼻腔干燥、搔痒、出血,嗅觉减退,粘液分泌增多,常打喷嚏等,继而发生鼻中隔溃疹,溃疹部位一般在鼻中隔软骨前下端1.5cm处,无明显疼痛感。

铬性鼻炎根据溃疡及穿孔程度,可为三期:

  1. 糜烂性鼻炎,鼻中隔粘膜縻烂,呈灰白色斑点。
  2. 溃疡性鼻炎,鼻中隔变薄,鼻粘膜呈凹性缺损,表面有浓性痂盖,鼻中粘膜苍白,嗅觉明显衰退。
  3. 鼻中隔穿孔,鼻中隔软骨可见圆形成三角形孔洞穿孔处有黄色痂,鼻粘膜萎缩,鼻腔干燥。

对眼及耳

眼皮及角膜接触铬化合物可能引起刺激及溃疡,症状为眼球结膜充血、有异物感、流泪刺痛、视力减弱,严重时可导致角膜上皮脱落。

铬化合物侵蚀鼓膜及外耳引起溃疡仅偶然发生。

对肠胃道

误食入六价铬化合物可引起口腔粘膜增厚,水肿形成黄色痂皮,反胃呕吐,有时带血,剧烈腹痛,肝肿大,严重时使循环衰竭,失去知觉,甚至死亡。

全身中毒

此种情况甚少,症状是:头痛消瘦,肠胃失调,肝功能衰竭,肾脏损伤,单接血球增多,血钙增多及血磷增多等。

急救措施

  • 皮肤接触:脱去被污染的衣着,用流动清水冲洗。
  • 眼睛接触:立即用大量流动清水冲洗,再用氯霉素眼药水或用磺胺钠眼药水滴眼,并使用抗菌眼膏每日三次,严重时立刻就医。
  • 吸入:迅速脱离现场至空气新鲜处。严重时立刻就医。
  • 食入:立即用亚硫酸钠溶液洗胃解毒,口服1%氧化镁稀释溶液,喝牛奶和蛋清等,就医。

 

参见

  • 元素周期表
  • 同位素列表
  • 过渡金属
  • RoHS

 



chromium
  元素符号Cr,银白色金属,在元素周期表中属 ⅥB族,原子序数24,原子量51.996,体心立方晶体,常见化合价为+3、+6和+2。
  1797年法国化学家沃克兰 (L.N.Vauquelin)在西伯利亚红铅矿(铬铅矿)中发现一种新元素,次年用碳还原,得金属铬。因为铬能够生成美丽多色的化合物,根据希腊字chroma(颜色)命名为chromium。
  资源 工业上使用的铬矿石为铬铁矿,属尖 晶 石(MgO·Al2O3)和磁铁矿(FeO·Fe2O3)类,其通用化学式是(Fe,Mg)O·(Cr,Fe,Al2O3)。由于二价元素(Mg2+、Fe2+、Zn2+ ) 和三价元素(Al3+、Fe3+、Cr3+)相互置换,可以出现各种不同成分的矿石。除主成分FeO及Cr2O3外,一般含有不同成分的 MgO、Al2O3 及其他杂质。矿石结构组成对使用有明显影响,如铬尖晶石比铬铁矿(FeO·Cr2O3)难于还原;含蛇纹石的铬矿石,若其中挥发物大于 2%,用它制造的铬质耐火砖在加热到1000℃时,会因释放结晶水而炸裂。
Image:ge03.jpg


  美国1978年耗用铬铁矿917000吨,其用途分配如下:冶金61%,化工21%,耐火材料18%。1981年伦敦市场铬矿石价格:土耳其矿(48%Cr2O3,Cr/Fe=3)130~135美元/吨,南非(阿扎尼亚)铬矿(44%Cr2O3)60~70美元/吨。
  性质和用途 铬为不活泼性金属,在常温下对氧和湿气都是稳定的,但和氟反应生成CrF3。温度高于600℃时铬和水、氮、碳、硫反应生成相应的Cr2O3,Cr2N和CrN, Cr7C3和Cr3C2,Cr2S3。铬和氧反应时开始较快,当表面生成氧化薄膜之后速度急剧减慢;加热到1200℃时,氧化薄膜破坏,氧化速度重新加快,到2000℃时铬在氧中燃烧生成Cr2O3。铬很容易和稀盐酸或稀硫酸反应,生成氯化物或硫酸盐,同时放出氢气。
  由于铬合金性脆,作为金属材料使用还在研究中,铬主要以铁合金(如铬铁)形式用于生产不锈钢及各种合金钢。金属铬用作铝合金、钴合金、钛合金及高温合金、电阻发热合金等的添加剂。氧化铬用作耐光、耐热的涂料,也可用作磨料,玻璃、陶瓷的着色剂,化学合成的催化剂。铬矾、重铬酸盐用作皮革的鞣料,织物染色的媒染剂、浸渍剂及各种颜料。镀铬和渗铬可使钢铁和铜、铝等金属形成抗腐蚀的表层,并且光亮美观,大量用于家具、汽车、建筑等工业。此外,铬矿石还大量用于制作耐火材料。
  1978年世界金属铬生产能力为:电解法6000吨,铝热法4300吨。日本1978年生产金属铬2884吨,1977年的消费分配为:高温合金40%,铝合金31%,焊条25%。1981年伦敦市场纯度大于99%的块状铬的价格为4050~4250镑/吨。

Image:ge04.jpg


  钢铁工业中广泛应用的铬铁合金和硅铬合金是用电炉冶炼的。金属铬生产则采用金属热还原(铝热)法及电解法。
  铝热法生产 包括从铬矿制取氧化铬和铝还原氧化铬制得金属铬两道工序,主要工艺流程见图1。

Image:ge05.jpg

 

  氧化铬制取 铬铁矿磨细至160~200目,配加纯碱和白云石,于1050~1150℃下氧化焙烧,再用水逆流浸出(见浸取)和过滤,获得含Na2CrO4大于 200克/升的溶液。加硫酸中和铬酸钠溶液,使其pH为7~8,滤出氢氧化铝等杂质后蒸发到含Na2CrO4大于 450克/升,滤出Na2SO4结晶。溶液用硫酸调整pH为4±0.2,再滤出Na2SO4结晶,获得重铬酸钠(Na2Cr2O7)溶液。浓缩溶液到约含Na2Cr2O71100克/升时,冷却滤出Na2SO4结晶,再将溶液浓缩到含Na2Cr2O71500~1550克/升,并于90~100℃保温8小时,然后冷却到35℃以下,结晶出重铬酸钠。铬酸钠转化成重铬酸钠也可用碳酸法,即在15~16大气压下通入含50%CO2的气体,析出的沉淀为碳酸氢钠:2Na2CrO4+2CO2+H2O─→Na2Cr2O7+2NaHCO3碳酸氢钠可以回收使用。此法可把在焙烧中配加的纯碱重新回收一半,较硫酸法获得硫酸钠为有利,但铬酸钠不能完全转化为重铬酸钠。
  三氧化二铬的制备可用:①氯化铵还原法。即在重铬酸钠晶体中配入一定量的氯化铵,混匀后在还原炉中于700~800℃还原,然后洗去NaCl,过滤获得三氧化二铬滤饼,经过干燥、破碎,在回转窑中于1150~1200℃煅烧。用此法获得的三氧化二铬呈墨绿色,颗粒较大,纯度高,但生产工序多,并产生有害气体 HCl。②煅烧铬酸酐法。即把重铬酸钠加入反应锅中,注入浓硫酸,在200℃下重铬酸钠与硫酸反应生成铬酸酐:
   Na2Cr2O7+2H2SO4─→2CrO3+2NaHSO4+H2O静置后铬酸酐和硫酸氢钠沉积成两层。将上部的硫酸氢钠舀出,留在锅中的铬酸酐再加热,用水洗去残留的硫酸钠,从底部放出铬酸酐。铬酸酐在800~950℃下煅烧分解,用水洗去未分解的铬酸酐,过滤获得三氧化二铬。用此法工序少,但产品杂质含量较高。③煅烧氢氧化铬法。即将含Na2CrO4大于 200克/升的溶液加温至95℃以上,加入纯净的硫化钠溶液,搅拌后生成大颗粒氢氧化铬Cr(OH)3沉淀。氢氧化铬在回转窑中于1300℃煅烧分解为三氧化二铬Cr2O3。此法工序少,产品成本低,纯度高,但颗粒细,易损失。
  铝热还原 要求原料含 Cr2O3大于99%,含硫低于0.02%,含铅、砷、锡、锑各低于0.001%。铝粒粒度应小于0.5毫米,铝量应不大于理论量的98%。用硝石、镁屑和铝粒作引火剂。


  反应焓ΔH圏=-65.0千卡/摩尔(铝)。为了保持自热反应过程并使金属粒与渣顺利分离,ΔH圏至少应为-72千卡/摩尔(铝),要添加硝酸钠、氯酸钾、铬酸酐或碱金属重铬酸盐等供氧剂补充热量;也可将混合料预热到350~400℃再行入炉。还原反应在内砌镁砖的圆锥形炉筒内进行。先在炉内加入部分混合炉料,在料面中心加引火剂,点燃后在炉料开始反应时,用流槽连续送入其余炉料。反应终止,冷却至室温,拆开炉筒取出金属锭,喷砂清除表面夹渣和氧化膜。生产大金属锭,能提高铬的回收率,渣的流动性也好。铝热法可获得纯度大于98.5%的金属铬,其中含铝不大于0.5%。渣中含Al2O3高达90%,可作研磨材料。
  电解法生产 目前一般用碳素铬铁作原料,采用铬铵矾法电解流程(图2)。把碳素铬铁粉碎,溶于电解阳极返回液、结晶母液和硫酸的混合溶液中,过滤除去硅酸盐等残渣,滤液用硫酸铵处理并除铁。纯铬铵矾溶液经陈化(保持30~35℃,放置15日)后,结晶出纯铬铵矾Cr2(SO4)3·(NH4)2SO4·24H2O。纯铬铵矾溶于热水送入隔膜电解槽电解。用不锈钢作阴极,铅银合金(1%Ag)作阳极,电流密度753安/米2,槽电压 4.2伏,电解液温度52~54℃。应控制通过电解液进入阳极室的流速,并准确地控制溶液的pH为2.1~2.4。平均电流效率 45%,电耗约18.5千瓦·时/公斤。产品纯度为99.2~99.4%的片状金属铬,含氧0.3~0.5%,呈脆性。为了提高金属铬的纯度,可通过真空处理或氢还原降低含氧量。用+6价铬溶液电解(电流密度 9500安/米2,温度84~87℃),可得高纯度金属铬(含氧0.01~0.02%),但电流效率很低(6~7%)。

Image:ge08.jpg


  铬害防护 铬酸盐、重铬酸盐等都对人体的粘膜起强烈的腐蚀作用,吸入含有铬化合物的粉尘和蒸气会损坏鼻粘膜,并使鼻中软骨穿孔。受到大量铬的侵害时会出现肾脏病。当铬化合物的作用受到吸烟的助长,特别容易促致肺癌。因此,要求铬的生产设备密闭,有高效能除尘设施,操作场所通风良好。
  参考书目
 A. H. Sully & E. A. Brandes,Chromium,2nd ed.,Butterworths,London,1967.
 M.Y.Udy,Chromium,ACS Monograph,No.132,Reinhold,New York,1960.

补充

元素名称:铬

元素原子量:52.00

元素类型:金属

发现人:沃克兰 发现年代:1797年

发现过程:

1797年,法国的沃克兰,从红铅矿和盐酸反应的产物里,提出三氧化铬,并用木炭和铬酐共热,得到金属铬粉。

元素描述:

银白色金属,质硬而脆。密度7.20克/厘米3。熔点1857±20℃,沸点2672℃。化合价+2、+3和+6。电离能为6.766电子伏特。金属铬在酸中一般以表面钝化为其特征。一旦去钝化后,即易溶解于几乎所有的无机酸中,但不溶于硝酸。铬在硫酸中是可溶的,而在硝酸中则不溶。在高温下被水蒸气所氧化,在1000℃下被一氧化碳所氧化。在高温下,铬与氮起反应并为熔融的碱金属所侵蚀。可溶于强碱溶液。铬具有很高的耐腐蚀性,在空气中,即便是在赤热的状态下,氧化也很慢。不溶于水。

元素来源:

自然界中主要以铬铁矿Fe(CrO2)2形式存在。由氧化铬用铝还原,或由铬氨矾或铬酸经电解制得。

元素用途:

主要用来制造不锈钢和其他耐高温耐腐蚀的合金。

元素辅助资料:

铬是1797年法国化学家沃克兰从当时称为红色西伯利亚矿石中发现的。早在1766年,在俄罗斯圣彼得堡任化学教授的德国的列曼曾经分析了它,确定其中含有铅。1798年沃克兰给他找到的这种灰色针状金属命名为chrom,来自希腊文chroma(颜色)。由此得到铬的拉丁名称chromium和元素符号Cr。差不多在同一个时期里,克拉普罗特也从铬铅矿中独立发现了铬。

按照在地壳中的含量,铬属于分布较广的元素之一。它比在它以前发现的钴、镍、钼、钨都多。这可能是由于铬的天然化合物很稳定,不易溶于水,还原比较困难。有人认为沃克兰取得的金属铬可能是铬的碳化物。

(Chromium)

氯化铬 (Chromium Chloride)

作用与应用:铬参与体内的葡萄糖和脂肪代谢。缺铬可造成近视,易发生高血压、冠心病以及似糖尿病样病状。

常用于长期依靠静脉高营养支持的人。

用量用法:口服,成人每日50~200mg。

儿童每日10~40mg。

口服氯化铬,每日3次,每日1~2mg。

【副作用】

有较强的刺激性和腐蚀性,过量可引起中毒。

铬为皮肤变态反应原,可引起过敏性皮炎或湿疹,病程长,久而不愈。钕对眼睛和黏膜有很强的刺激性,对皮肤有中度刺激性,吸入还可导致肺栓塞和肝损害。我国和欧盟等有关国家的相关规定中均把这两种元素列为化妆品禁用物质。

元素符号: Cr 英文名: Chromium 中文名: 铬

相对原子质量: 51.996 常见化合价: +2,+3,+6 电负性: 1.66

外围电子排布: 3d5 4s1 核外电子排布: 2,8,13,1

同位素及放射线: Cr-49[42.3m] Cr-50 Cr-51[27.7d] *Cr-52 Cr-53 Cr-54

电子亲合和能: 0 KJ·mol-1

第一电离能: 653 KJ·mol-1 第二电离能: 1592 KJ·mol-1 第三电离能: 2987 KJ·mol-1

单质密度: 7.19 g/cm3 单质熔点: 1857.0 ℃ 单质沸点: 2672.0 ℃

原子半径: 1.85 埃 离子半径: 0.62(+3) 埃 共价半径: 1.18 埃

常见化合物: K2Cr2O7 Cr2O3

发现人: 沃克兰 时间: 1797 地点: 法国

名称由来:

希腊文:chrtma(色彩)。

元素描述:

非常坚硬的铁灰色结晶体金属。纯净的铬金属呈蓝白色,硬而脆,常温下不易生锈。

元素来源:

铬铁矿[[[Fe]],Mg(CrO4)]是最主要的矿石。共热铬矿石、硅和铝是铬的工业制法。

元素用途:

铬可用于制不锈钢。红、绿宝石的色彩也来自于铬。作为现代科技中最重要的金属,以不同百分比熔合的铬镍钢千变万化,种类繁多,令人难以置信。

本文引用地址:http://www.worldmetal.cn/ys/show-118484-1.html

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