鉻鐵礦

鉻鐵礦（塊狀、等軸晶系）（Chromite massive Isometric）是岩漿作用的礦物，常產於超基性岩中，與橄欖石共生；也見於砂礦中。外表看來很像磁鐵礦，一般呈塊狀或粒狀的集合體。在冶金工業上，鉻鐵礦主要用來生產鉻鐵合金和金屬鉻。鉻鐵合金作為鋼的添加料生產多種高強度、抗腐蝕、耐磨、耐高溫、耐氧化的特種鋼。金屬鉻主要用於與鈷、鎳、鎢等元素冶煉特種合金。鉻鐵礦是短缺礦種，儲量少，產量低。在工業上，經常把鉻鐵、鉻尖晶石、富鉻尖晶石、硬鉻尖晶石等類似礦物，統稱為鉻鐵礦。

基本介紹

• 中文名：鉻鐵礦
• 外文名：chromite
• 硬度：5.5-6.5
• 比重：4.3-4.8g/cm3
• 解理：無解理
• 歸屬學科：礦產礦業

礦物資料

簡介

鉻鐵礦是一種礦物，主要成分為鐵、鎂和鉻的氧化物：(Fe, Mg)Cr2O4，是尖晶石的一種。它是唯一可開採的鉻礦石，礦物成分較複雜，鎂的含量不定，有時也含鋁和鐵元素。自然界含鉻礦物約30種,但具有工業價值的只有鉻鐵礦,中國常見的有鉻鐵礦、鋁鉻鐵礦和富鉻尖晶石。

鉻鐵礦

鉻鐵礦難熔，用作耐火材料，也用於製取三氧化二鉻、重鉻酸鈉、重鉻酸鉀等鉻化合物。

礦石成份

鉻鐵礦是鉻和鐵的氧化物礦物。有高碳鉻鐵（含碳為4~8%）、中碳鉻鐵（含碳為0.5~4%）、低碳鉻鐵（含碳0.15~0.50%）、微碳鉻鐵（含碳為0.06%）、超微碳鉻鐵（含碳小於0.03%）、金屬鉻、矽鉻合金。它相當堅硬，黑色半金屬光澤。鉻鐵礦是金屬鉻的主要來源，也可用於高溫耐火材料。鉻鐵礦一般呈塊狀或粒狀的集合體。鉻鐵礦化學成分為FeCr2O4、晶體屬等軸晶系的氧化物礦物。成分中的鐵常可部分被鎂所置換，當以Mg為主時，則名鎂鉻鐵礦（magnesiochromite）。具正常尖晶石型結構。鉻鐵礦Cr2O3含量67.91%。是工業鉻的主要來源，也可用制高溫耐火材料，如鉻磚。摩斯硬度5.5～6，比重3.9～4.8。具弱磁性。鉻鐵礦僅產於超基性或基性岩中。大型鉻鐵礦礦床主要產於南非的德蘭士瓦、辛巴威的圭洛附近，俄羅斯的斯維德洛夫斯克地區以及古巴等地。中國鉻鐵礦的產地有西藏、甘肅和陝西等地。

鉻鐵礦(圖2)

礦物分類

鉻鐵礦在市場上按使用要求一般分為3類：

鉻鐵礦(圖5)

（1）高鉻鉻鐵礦（冶金用），含Cr2O348%以上，Cr2O3/FeO比值大。

（2）高鐵鉻鐵礦（化工用），含Cr2O350%以上，含SiO2、Al2O3少。

（3）高鋁鉻鐵礦（耐火材料用），含Cr2O330%～35%，含Al2O3、MgO多。耐火材料用的鉻礦的礦物組成中含MgO%26bull;Cr2O3、MgO%26bull;Al2O3多，含FeO%26bull;Cr2O3及FeO%26bull;Fe2O3少者為好。輝綠岩鑄石用鉻礦含Cr2O310%～20%、SiO2%26lt;10%。

冶煉過程

用途

在冶金、玻璃、水泥工業中使用鎂鉻磚及鉻鎂磚。由於在水泥迴轉窯上使用含鉻製品會產生六價鉻化合物，基於環境保護的原因，逐漸被鎂鋁尖晶石製品或白雲石製品取代。此外，用於提鍊金屬鉻、生產鉻鐵合金、不鏽鋼、製造重鉻酸鹽等。

鉻礦是發展冶金、國防、化工等工業不可缺少的礦產資源,主要用於冶金工業生產不鏽鋼及各種合金鋼、合金,在玻璃、陶瓷、、耐火材料等方面也有廣泛用途。包括：

鑄造級：用於大型鑄鋼件、鑄造型砂、鋼包引流砂

鉻鐵礦

冶金級：用於生產高碳鉻鐵和低微碳鉻鐵

耐火級/化工級：用於生產鎂鉻砂、鎂鉻磚等耐火材料

南非的草原高地複合構造是世界上的鉻礦資源儲量最豐富的地區，占全世界已知鉻儲量的76.1%。其中西礦帶是以魯斯騰堡（RUSTENBUG）為中心，而東礦帶以斯蒂爾波特（STEELPOORT）和博格斯福德（BUGERSFORT）

著名產地

鉻鐵礦的產地主要為巴西和古巴，生產國則主要是印度、伊朗、巴基斯坦、阿曼、辛巴威、土耳其和南非，共占世界產量的80%，其中南非一國的產量便占40%。鉻鐵礦主要存在於中國的四川、西藏、甘肅、青海等省份。

結構特性

化學組成

(Mg,Fe)Cr2O4，成分比較複雜，廣泛存在Cr2O3、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO五種基本組分的類質同象置換。

化學通式

（Mg、Fe2+）（CR、Al、Fe3+）2O4或（Mg、Fe2+）O（Cr、Al、Fe3+）2O3，其Cr2O3含量為18%～62%。

鑑定特徵

黑色，條痕深棕色，硬度大和產於超基性岩中為鑑定特徵；鉻鐵礦，外表很像磁鐵礦，不同之處是磁性很弱，條痕為棕色，和磁鐵礦的黑色不同。

成因產狀

岩漿作用的礦物，常產於超基性岩中，與橄欖石共生；也見於砂礦中

晶體形態

六八面體晶體

晶體結構

晶系和空間群：等軸晶系，Fd3m；晶胞參數：a0=8.325-8.344埃；粉晶數據：2.52(1)1.46(0.9)1.6(0.9)

物理性質

鉻鐵礦(圖3)

斷口：參差到平坦

顏色：黑色

條痕：深棕色

透明度：不透明

光澤：金屬光澤

其他：具弱磁性，含鐵量高者磁性較強

光學性質：質體；n=2.08

原料特點

二種主要特性

鉻具有親氧性和親鐵性，以親氧性較強，只有在還原和硫的逸度較高的情況下才顯示親硫性。在內生作用條件下鉻一般呈三價。六次酸位的Cr3+和Al3+Fe3+的離子半徑相接近，故它們之間可以呈廣泛的類質同象。此外，可與鉻類質同象代替的元素還有Mn、Mg、Ni、Co、Zn等，所以在鎂鐵矽酸鹽礦物和副礦物中有鉻的廣泛分布。在表生帶強烈氧化條件下（鹼性介質），Cr3+氧化成Cr6+形式的鉻酸根離子，使不活動的鉻離子變成易溶的鉻陰離子發生遷移。遇極化性很強的離子（如Cu、Pb等），則形成難溶的鉻酸性礦物。

鉻鐵礦(圖4)

已發現的類型

此外還有少數氫氧化物、碘酸鹽、氮化物和硫化物。其中氮化鉻和硫化鉻礦物只見於隕石中。

具有工業價值的鉻礦物都屬於鉻尖晶石類礦物，它們的化學通式為（Mg、Fe2+）（Cr、Al、Fe3+）2O4或（Mg、Fe2+）O（Cr、Al、Fe3+）2O3，其Cr2O3含量為18%～62%。

價值礦物

有工業價值的鉻礦物，其Cr2O3含量一般都在30%以上，其中常見的是：

礦石成分

化學成分為（Mg、Fe）Cr2O4，介於亞鐵鉻鐵礦（FeCr2O4，含FeO32 約9%，Cr2O367約91%）與鎂鉻鐵礦（MgCr2O4，含MgO20。96%、Cr2O3 79。04%）之間，通常有人將亞鐵鉻鐵礦和鎂鉻鐵礦也都稱為鉻鐵礦。鉻鐵礦為等軸晶系，晶體呈細小的八面體，通常呈粒狀和緻密塊狀集合體，顏色黑色，條痕褐色，半金屬光澤，硬度5.5，比重4.2～4.8，具弱磁性。鉻鐵礦是岩漿成因礦物，產於超基性岩中，當含礦岩石遭受風化破壞後，鉻鐵礦常轉入砂礦中。

富鉻類晶石

又稱鉻鐵尖晶石或鋁鉻鐵礦。化學成分為Fe（Cr，Al）2O4，含Cr2O332%～38%。其形態、物理性質、成因、產狀及用途與鉻鐵礦相同。

硬鉻尖晶石

化學成分為（Mg、Fe）（Cr、Al）2O4，含Cr2O3 32%～50%。其形態、物理性質、成因、產狀及用途也與鉻鐵礦相同。

地理分布

中國已查明的56個鉻鐵礦區分布於全國13個省、市、自治區。其中以西藏為最多，保有儲量425.1萬噸，占全國總保有儲量的39.4%。其次是內蒙古，保有儲量174.4萬噸，占16.5%；新疆，保有儲量165.2萬噸，占15.3%；甘肅，保有儲量149.6萬噸，占13.6%。以上4個省（區）保有儲量合計為914.3萬噸，占全國總保有儲量的84.8%。其餘北京、青海、河北、吉林、湖北、陝西、山西、四川、雲南等9個省（市、自治區）保有儲量合計只有163.6萬噸，僅占全國總保有儲量的15.2%。如按行政區看，主要集中在西南區（426.3萬噸，占39.6%）、西北區（370.6萬噸，占34.4%）、華北區（274.9萬t，占25.5%），而東北和中南兩行政區只占0.5%，華東區目前尚未查明有鉻鐵礦儲量。

冶煉過程

鉻鐵是鉻和鐵組成的鐵合金，是煉鋼的重要合金添加劑。冶煉鉻鐵用的鉻鐵礦一般要求含Cr2O340～50%，鉻與鐵比值大於2.8。大量生產的含鉻50%的“裝料級鉻鐵”，用含Cr2O3和鉻與鐵比值較低的礦石。

鉻鐵按不同含碳量分為碳素鉻鐵（包括裝料級鉻鐵）、中碳鉻鐵、低碳鉻鐵、微碳鉻鐵等。常用的還有矽鉻合金、氮化鉻鐵等。鉻鐵主要用作煉鋼的合金添加劑，過去都在煉鋼的精煉後期加入。冶煉不鏽鋼等低碳鋼種，必須使用低、微碳鉻鐵，因而精煉鉻鐵生產一度得到較大規模的發展。由於煉鋼工藝的改進，用AOD法（見爐外精煉）等生產不鏽鋼等鋼種時，用碳素鉻鐵（主要是裝料級鉻鐵）裝爐，因而只需在後期加低、微碳鉻鐵調整成分，所以鉻鐵生產重點是煉製碳素鉻鐵。

碳素鉻鐵用還原電爐冶煉，採用焦炭作還原劑，矽石或鋁土礦作熔劑。爐渣成分一般為SiO227～33%，MgO30～34%，Al2O326～30%，Cr2O3<9.0%。由於形成碳化鉻，產品含碳4～9%。現代冶煉鉻鐵的還原電爐容量為10000～48000千伏安，一般採用封閉固定式，冶煉電耗3000～4000千瓦？時/噸。冶煉矽鉻合金的電爐與鉻鐵還原電爐相似，冶煉方法有一步法和二步法兩種。一步法用鉻鐵礦、矽石、焦炭配加熔劑冶煉。二步法採用碳素鉻鐵、矽石、焦炭作原料進行無渣法冶煉，冶煉過程大體與矽鐵生產相仿。冶煉電耗每噸3000～4000千瓦？時左右。

鉻鐵礦(圖6)

中、低、微碳鉻鐵一般以矽鉻合金、鉻鐵礦和石灰為原料，用1500～6000千伏安電爐精煉脫矽，採用高鹼度爐渣操作（CaO/SiO2為1.6～1.8）。低、微碳鉻鐵還大規模地採用熱兌法進行生產。生產時用兩台電爐，一爐冶煉矽鉻合金，一爐熔化由鉻礦和石灰組成的熔渣。精煉反應分兩個階段在兩個盛桶內進行：①熔渣爐的熔渣注入第一盛桶後，把另一盛桶中已經初步脫矽的矽鉻合金兌入，由於熔渣氧化劑過剩量很大，脫矽充分，可獲得含矽低於0.8%、含碳低達0.02%的微碳鉻鐵。②第一盛桶內反應後的熔渣（含Cr2O3約15%）移至第二個盛桶後，把矽鉻電爐煉就的矽鉻合金（含矽45%）熱兌入渣內，反應後得到初步脫矽的矽鉻合金（含矽約25%），兌入第一盛桶進一步脫矽，熔渣含Cr2O3低於2～3%可拋棄。

吹氧法精煉中、低碳鉻鐵，用液態碳素鉻鐵做原料，吹煉時向熔池中加入少量石灰、螢石造渣，出鐵前加矽鉻合金或矽鐵以回收渣中的鉻。微碳鉻鐵的吹煉則在一定真空度下才有可能。

真空固態脫碳法精煉，用磨細的高碳鉻鐵為原料，其中磨細的高碳鉻鐵的一部分經氧化焙燒作氧化劑，配加水玻璃或其他粘合劑，壓成團塊，經低溫乾燥後，在車底式真空爐內，於真空度0.5～10毫米汞柱、溫度1300～1400℃下加熱還原35～50小時，可得到含碳低於0.03%甚至低於0.01%的微碳鉻鐵。

鉻通過中間介質：鉻鐵合金的熔合進入鐵，鋼材和許多超合金里。方法是用碳和/或矽在高溫的電弧熔爐里通過火法冶金還原鉻鐵礦石。鉻鐵合金本質上是鐵和鉻的一種合金並人為地加入相當量的碳和矽。

礦業簡史

鉻元素是法國化學家福克林於1798年發現的。鉻鐵礦石於1799年首次發現於俄羅斯的烏拉爾山區，該礦的發現與開發成為18世紀世界鉻鐵礦的主要供應來源，那時鉻主要用在化學工業上。1827年在美國的馬里蘭州發現鉻鐵礦之後，在賓夕法尼亞州和維吉尼亞州又相繼發現了鉻鐵礦，從而使美國成了當時世界鉻鐵礦有限的供給國之一。1860年土耳其發現了一個大礦床，供給國際市場。直到1906年印度和羅得西亞發現鉻礦為止，土耳其一直是鉻鐵礦供應的主要來源。到目前為止，世界上已有40餘個國家和地區發現了鉻鐵礦，總儲量達37億t，產量達1000萬t以上。

鉻鐵礦(圖7)

中國雖然在1949年以前在吉林、寧夏、河北等地發現過一些鉻鐵礦的線索，但並沒有做過深入的調查和研究，全國僅知有2個礦點，一為吉林開山屯，一為寧夏小松山，前者已被日本侵略者掠奪殆盡。新中國成立以後，由於工業發展的需要，開始了鉻鐵礦的尋找與勘查工作。50年代初東北重工業部組隊赴開山屯、地質部組隊進入寧夏小松山及河北高寺台、大廟一帶開展了工作。60年代在北京密雲、甘肅肅北進行了鉻鐵礦普查工作，最後發現了密雲縣放馬峪鉻鐵礦和肅北的大道爾吉鉻鐵礦。但是我國鉻鐵礦資源的真正突破應該說是在新疆和西藏發現鉻鐵礦之後。新疆開展鉻鐵礦工作是在50年代後期，1958年進行放射性測量時發現了薩爾托海鉻鐵礦，1959-1964年又用重力、磁力和鑽探方法找到了鯨魚鉻鐵礦。1964-1966年地質部在新疆組織了會戰。1970年鯨魚礦山建成投產，這是當時唯一正規建井開拓的鉻鐵礦礦山。西藏鉻鐵礦是在50年代末、60年代初發現的，經過多年工作，探明了最大的鉻鐵礦礦床——羅布莎鉻鐵礦，並使西藏成了鉻鐵礦的主要產地。

資源狀況

截至1996年底，中國共探明鉻鐵礦礦區56處，累計探明鉻鐵礦礦石儲量1314.9萬t，其中A+B+C級占43%，為565.2萬t。扣除歷年開採與損耗，保有鉻鐵礦礦石儲量1077.9萬t，其中A+B+C級占34%，為368.4萬t。鉻鐵礦的儲量增長還是很快的，1957年累計探明儲量只有18.1萬t，到1965年增長到223.3萬t，1985年為1190.7萬t，至19996年達到1314.9萬t。鉻鐵礦資源總量為4400萬t，資源潛力為3100萬t。1995年世界鉻鐵礦儲量為37億t，儲量基礎為74億t，主要集中在南非（儲量30億t、儲量基礎55億t）、辛巴威（儲量1.4億t、儲量基礎9.3億t）、哈薩克斯坦（儲量3.2億t、儲量基礎3.2億t）、俄羅斯（儲量400萬t、儲量基礎4.6億t），其他儲量比較多的國家還有芬蘭、印度、巴西、土耳其等（表3.4.2）。若以A+B+C級儲量與這些國家的儲量基礎相比，中國遠在它們之後。

鉻鐵礦(圖8)

1、礦床規模小，分布零散

目前尚未發現有儲量大於500萬t的大型鉻鐵礦床，就是儲量超過100萬t的中型礦床也只有4個，它們是西藏的羅布莎、甘肅的大道爾吉、新疆的薩爾托海、內蒙古的賀根山（3756礦）。其餘均為儲量在100萬t以下的小型礦床。就是儲量最大的羅布莎礦床，396萬t儲量分布在7個礦群100多個礦體中，最大的礦體長只有325m。

2、分布區域不均衡，開發利用條件差

如上所述，鉻鐵礦礦床保有儲量的84.8%分布在西藏、新疆、甘肅、內蒙古這些邊遠省（區），運輸線長，交通不便。

3、貧礦與富礦儲量大體各占一半

現保有儲量中，貧礦儲量占46.3%（499.3萬t）、富礦占53.7%（578.6萬t）。富礦主要分布在西藏和新疆，分別占富礦總量的73.5%和13.8%。從用途來看，冶金級儲量占總儲量的37.4%、化工級儲量占38.4%，耐火級儲量占24.2%。

4、露採礦少，小而易采的富鉻鐵礦都已采完

鉻鐵礦儲量中適合單獨露采的只有6%左右，絕大部分需要坑采。一些小而富且開採容易的鉻鐵礦都已采完，像新疆的鯨魚和西藏的東巧鉻鐵礦，分別在1983年和1982年閉坑，前者采出鉻鐵礦31萬t，後者采出了17.63萬t。

5、礦床成因類型單一

已知的鉻鐵礦礦床主要為岩漿晚期礦床。而世界上一些著名的具有層狀特徵的大型、特大型岩漿早期分凝礦床在我國尚未開發。

經濟指標

冶金工業要求

冶金級鉻礦石主要用於冶煉各種鉻鐵合金。用來冶煉鉻鐵合金的鉻礦石又按不同的冶煉用途分為4個品級：

品級	Cr2O3; （%）	Cr2O3; /FeO	P（%）	S（%）	SiO2（%）	塊度mm	用途
Ⅰ	≥50	>3	－	－	<1.2		氮化鉻鐵
Ⅱ	≥45	≥2.5~3	<0.03	<0.05	<6		中低微碳鉻鐵
Ⅲ	≥40	≥2.5	<0.07	<0.05	<6	40~50	電爐碳素鉻鐵
Ⅳ	≥32	≥2.5	<0.07	<0.05	<6	40~75	高爐碳素鉻鐵

除了上述成分要求外，用於高爐冶煉碳素鉻鐵的塊度要求為40～75mm，電爐冶煉碳素鉻鐵的塊度為40～50mm。

冶金級鉻鐵礦石還可用來冶鍊金屬鉻，目前我國冶鍊金屬鉻的方法有火法和濕法兩種。採用濕法冶鍊金屬鉻要求：鉻礦石或精礦含Cr2O3≥38%、Cr2O3/FeO>2、SiO2<12%、Al2O3<10%，此外礦石粒度小於180目的應占80%以上。

耐火級工業要求

在耐火材料工業中，鉻礦石主要用來製造鎂鉻磚、鉻磚和鉻鋁磚等。

用於生產耐火材料的鉻礦石分為兩個品級。一級品用作天然耐火材料，質量要求：Cr2O3≥35%、SiO2≤8%、CaO≤2%。二級品用作生產鉻磚、鉻鎂磚，質量要求：Cr2O3≥30%～32%、SiO2≤11%、CaO≤3%。

以上兩個品級，礦石塊度都要求在50～300mm之間，而且礦石中不允許有大於5～8mm的夾石。

化工級工業要求

在化學工業上，鉻礦石主要用來生產重鉻酸鹽（鉻鹽），再用它作原料生產其他鉻化合物產品。鉻鹽用鉻礦石工業要求：Cr2O3≥30%、Cr2O3/FeO≥2～2。5，SiO2少量。

鑄石級工業要求

用以生產輝綠岩鑄石的鉻礦石，其質量要求：Cr2O3≥10%～20%，SiO2≤10%。

其他鉻礦石的工業要求

品級		Cr2O3（%）	Cr2O3/FeO	SiO2%	CaO%	塊度mm	用途
耐火級	Ⅰ	≥35		≤8	≤2	50~300	天然耐火材料
Ⅱ	≥30~32		≤11	≤3	50~300	鉻磚鉻鎂（鋁）磚
化工級		≥30	≥2~2.5	少量			重鉻酸鹽（鉻鹽）
鑄石級		≥10~20		≤10			輝綠岩鑄石

耐火級兩個品級，礦石中不允許有大於5~8mm的夾石。