铬(chromium)

元素周期表第四周期第Ⅵ B族元素。元素符号Cr，原子序数24，相对原子质量51.9961，常温下为银白色的闪光固体金属。

1790年法国学者沃克林(L.N.Vauquelin)从西伯利亚红铅矿(实际上是一种铬铅矿(crocoite))中用化学方法分离出金属元素铬，因为大多数铬化合物具有鲜艳的色彩，人们根据希腊字chroma(颜色)定名为chromium。铬化合物最早应用于颜料和鞣革。自19世纪以来，铬作为合金元素在工程技术上获得了广泛的应用。

性质   铬原子的外电子构型为(Ar)3d⁵4s¹，这种结构使它在化合物中显示多种价态，其中常见的是+3、+6和+2价。

铬有四种稳定同位素，其质量数分别为50、52、53和54；一种放射性同位素，质量数为51，半衰期27d。单质铬结晶为体心立方。铬的主要物理性质如表1所列。

铬在酸性溶液中的标准电位(Cr³⁺／Cr)为–0.74v，但因其表面容易形成氧化膜而变为钝态，故金属铬性不活泼。常温下不与空气和水起反应，但与氟起反应。氢卤酸、硫酸和草酸均能溶解铬，加热时溶解更为迅速。铬在冷硝酸中因钝化而不溶解。

化合物   铬有多种氧化态，并且立体化学复杂，因而铬化合物种类繁多。二价化合物通常不稳定，可在空气中氧化成三价，但二价铬的卤素化合物、磷酸盐和碳酸盐可在干燥状态下存在。Cr³⁺离子的有效正电荷较多，离子半径较小，因而三价铬化合物的稳定性好。在铬晶体或在溶液中都不存在简单Cr⁶⁺离子，而是形成Cr–O_n配位基团。

铬氧化物有碱性的氧化亚铬(CrO)、两性的氧化铬(Cr₂O₃)和酸性氧化物铬酐(CrO₃)三种。主要的三价铬化合物有氢氧化铬、硫酸铬和多种配合物，如CrCl₃•6H₂O、Cr₂(SO₄)₃•18H₂O、KCr(SO₄)₂•12H₂O等。主要的六价铬化合物有铬酸和重铬酸(二者都只存在于溶液中)、铬酸盐、重铬酸盐和氯化铬酰等(见铬化合物)。

用途   铬及其化合物在化工、耐火材料和金属材料等领域中有着广泛的应用。铬矿是生产铬质耐火材料的基本原料。铬在金属材料方面的应用分配如表所列。

纯金属铬作为材料使用尚待开发，但铬作为合金元素，通常以金属铬或铬铁形式加入到合金中。

含Cr10％～25％的超合金主要用于制造喷气发动机、航天机具及材料、火箭发动机和热交换器等。铬是用以使不锈钢耐蚀的主要元素之一，一般耐腐蚀合金含Crl2％～18％。铬也加到铜合金和铝合金中，用以提高合金的耐蚀性并使其机械性能变好。高级不锈钢焊条芯线助熔剂中通常都要加入铬。新近发展的薄膜材料也要使用铬。铬还应用于电镀、渗铬等表面处理工艺中。

矿物原料和资源   铬的地壳丰度为122×10^-4％。已发现的含铬矿物有近30种，但有利用价值的铬矿物只有铬尖晶石类矿。铬尖晶石类矿可用通式(Mg，Fe²⁺)(Cr，Al，Fe³⁺)₂O₄表示，常见的有镁铬铁矿(Mg，Fe)Cr₂O₄、铝铬铁矿(Mg，Fe)(Cr，Al)₂O₄、富铬尖晶石Fe(Cr，Al)₂O₄和铬铁矿FeCr₂O₄，它们统称为铬矿。

世界铬矿总储量约33.3亿t，其中约22.7亿t在224南非，约10亿t在津巴布韦。前苏联、土耳其、菲律宾和伊朗也是铬矿丰富的国家。中国西藏、青海、新疆、甘肃和内蒙等地都有铬矿资源。

冶金   主要有铬铁冶炼和化学处理生产铬化合物与金属两条工艺路线。

金属铬生产工艺有金属热法生产铬和电解法生产金属铬两种。中国、前苏联、西欧和日本部分厂家采用铝热还原法，日本另一些厂家和美国采用电解法。1989年世界生产铬1.5万t，其中电解法生产5kt。

金属热法一般经铬铁矿氧化焙烧和铬焙烧料浸出，制得铬酸钠，再由铬酸钠制取氧化铬，作为金属热还原法生产铬的原料。其工艺的原则流程示于图1。

电解法是以铬铁为原料，用化学处理方法制取铬铵矾，作为电解生产铬的原料。其原则流程见图2。

环境保护   生产氧化铬的工厂，是从铬矿氧化焙烧开始的，过程产生的废渣和废水均含有毒物质Cr⁶⁺。各国对Cr⁶⁺排放标准都作了严格的规定，治理和防止铬污染愈来愈成为工厂能否进行生产的关键，中国有一些位于城市的铬盐厂，因此被迫停产。含Cr⁶⁺污水的处理，在技术上没有困难，主要是管理问题。含Cr⁶⁺废渣的处理，世界各国尚无理想的方案。日本和前苏联采用还原法，美国和罗马尼亚采用有防渗漏设施的地面堆场堆置。中国有关单位研究用碳作还原剂还原处理废渣，发现还原后渣中Cr⁶⁺有回升现象。中国目前实行的处理方法与国际采用的方法相似，有还原法、堆置法，以及在还原的基础上替代蛇纹石作钙镁磷肥原料的方法。