La nature du chrome
Le chrome, de symbole Cr, de numéro atomique 24 et de masse atomique relative 51,996, est un métal de transition du groupe VIB du tableau périodique des éléments. Le chrome métallique se présente sous forme de cristal cubique centré, de couleur blanc argenté, de densité 7,1 g/cm³, de point de fusion 1860 °C, de point d'ébullition 2680 °C, de capacité thermique massique à 25 °C de 23,35 J/(mol·K), d'enthalpie de vaporisation de 342,1 kJ/mol, de conductivité thermique 91,3 W/(m·K) (0-100 °C) et de résistivité (20 °C) de 13,2 µΩ·cm. Il possède de bonnes propriétés mécaniques.
Le chrome présente cinq états d'oxydation : +2, +3, +4, +5 et +6. En conditions naturelles, il est généralement à l'état d'oxydation +3. Les composés contenant du chrome trivalent sont les plus stables. Les composés contenant du chrome hexavalent, notamment les sels de chrome, possèdent de fortes propriétés oxydantes. Les rayons ioniques de Cr³⁺, Al³⁺ et Fe³⁺ étant similaires, ils présentent de nombreuses similitudes. De plus, le chrome peut se substituer à des éléments tels que le manganèse, le magnésium, le nickel, le cobalt et le zinc, ce qui explique sa présence fréquente dans les silicates de magnésium et de fer et dans les minéraux accessoires.
Application
Le chrome est l'un des métaux les plus utilisés dans l'industrie moderne. Il sert principalement à la production d'acier inoxydable et de divers aciers alliés sous forme de ferroalliages (comme le ferrochrome). Le chrome se caractérise par sa dureté, sa résistance à l'usure, à la chaleur et à la corrosion. Le minerai de chrome est largement utilisé en métallurgie, dans la fabrication de matériaux réfractaires, dans l'industrie chimique et en fonderie.
Dans l'industrie métallurgique, le minerai de chrome est principalement utilisé pour la fusion du ferrochrome et du chrome métallique. Le chrome est employé comme additif dans l'acier pour produire divers aciers spéciaux à haute résistance, résistants à la corrosion, à l'usure, aux hautes températures et à l'oxydation, tels que l'acier inoxydable, l'acier résistant aux acides, l'acier réfractaire, l'acier pour roulements à billes, l'acier à ressorts, l'acier à outils, etc. Le chrome améliore les propriétés mécaniques et la résistance à l'usure de l'acier. Le chrome métallique est principalement utilisé pour la fusion d'alliages spéciaux avec le cobalt, le nickel, le tungstène et d'autres éléments. Le chromage et la chromisation permettent de doter l'acier, le cuivre, l'aluminium et d'autres métaux d'une surface résistante à la corrosion, brillante et esthétique.
Dans l'industrie des réfractaires, le minerai de chrome est un matériau réfractaire important utilisé pour la fabrication de briques de chrome, de briques de chrome-magnésie, de réfractaires de pointe et d'autres matériaux réfractaires spéciaux (béton de chrome). Les réfractaires à base de chrome comprennent principalement des briques de minerai de chrome et de magnésie, du clinker fritté de magnésie-chrome, des briques de magnésie-chrome fondues et des briques de magnésie-chrome fondues, finement broyées puis liées. Ils sont largement utilisés dans les fours à sole ouverte, les fours à induction, etc., ainsi que dans les convertisseurs métallurgiques et les revêtements de fours rotatifs de l'industrie cimentière, etc.
En fonderie, le minerai de chrome n'interagit pas avec les autres éléments de l'acier en fusion lors de la coulée, possède un faible coefficient de dilatation thermique, résiste à la pénétration du métal et présente de meilleures performances de refroidissement que le zircon. Le minerai de chrome destiné à la fonderie doit répondre à des exigences strictes en matière de composition chimique et de granulométrie.
Dans l'industrie chimique, l'utilisation la plus directe du chrome est la production d'une solution de dichromate de sodium (Na2Cr2O7·H2O), puis la préparation d'autres composés de chrome destinés à être utilisés dans des industries telles que les pigments, les textiles, la galvanoplastie et la fabrication du cuir, ainsi que comme catalyseurs.
La poudre de minerai de chrome finement broyée est un colorant naturel utilisé dans la production de verre, de céramique et de carreaux émaillés. Lors du raffinage du cuir au dichromate de sodium, les protéines (collagène) et les glucides du cuir d'origine réagissent avec des substances chimiques pour former un complexe stable, constituant la base des produits en cuir. Dans l'industrie textile, le dichromate de sodium est utilisé comme mordant pour la teinture des tissus ; il permet de fixer efficacement les molécules de colorant aux composés organiques et peut également servir d'oxydant dans la fabrication de colorants et d'intermédiaires.
minéral de chrome
On a découvert plus de 50 types de minéraux contenant du chrome dans la nature, mais la plupart présentent une faible teneur en chrome et une répartition dispersée, ce qui limite leur intérêt industriel. Ces minéraux appartiennent aux familles des oxydes, des chromates et des silicates, ainsi qu'à celles des hydroxydes, des iodates, des nitrures et des sulfures. Parmi eux, le nitrure de chrome et le sulfure de chrome se trouvent exclusivement dans les météorites.
La chromite, un minéral de la sous-famille des minerais de chrome, est le seul minéral industriel important de chrome. Sa formule chimique théorique est (MgFe)Cr₂O₄, où Cr₂O₃ représente 68 % et FeO 32 %. Dans sa composition chimique, le cation trivalent majoritaire est Cr³⁺, et on observe fréquemment des substitutions isomorphes par Al³⁺, Fe³⁺, Mg²⁺ et Fe²⁺. Dans la chromite produite, une partie du Fe²⁺ est souvent remplacée par du Mg²⁺, et le Cr³⁺ par Al³⁺ et Fe³⁺ à des degrés variables. Le degré de substitution isomorphe entre les différents composants de la chromite est variable. Les cations de coordination d'ordre quatre sont principalement le magnésium et le fer, avec une substitution isomorphe complète entre le magnésium et le fer. Selon la méthode de classification en quatre parties, la chromite se divise en quatre sous-groupes : la chromite magnésienne, la chromite ferromagnésienne, la chromite ferromagnésienne mafique et la chromite ferromagnésienne. De plus, la chromite contient souvent de faibles quantités de manganèse, ainsi qu'un mélange homogène de titane, de vanadium et de zinc. Sa structure est de type spinelle normal.
4. Norme de qualité du concentré de chrome
Selon les différentes méthodes de traitement (minéralisation et minerai naturel), le minerai de chrome destiné à la métallurgie se divise en deux types : le concentré (G) et le minerai en morceaux (K). Voir le tableau ci-dessous.
Exigences de qualité pour le minerai de chromite destiné à la métallurgie
technologie de valorisation du minerai de chrome
1) Réélection
Actuellement, la séparation gravimétrique occupe une place importante dans le traitement du minerai de chrome. Cette méthode, qui repose sur le principe de la stratification lâche en milieu aqueux, demeure la principale méthode d'enrichissement du minerai de chrome à l'échelle mondiale. L'équipement utilisé se compose d'une spirale et d'un concentrateur centrifuge, et la gamme de tailles de particules traitables est relativement large. Généralement, la différence de densité entre les minéraux de chrome et les minéraux de gangue est supérieure à 0,8 g/cm³, et la séparation gravimétrique de particules supérieures à 100 µm est satisfaisante. Les gros morceaux de minerai (100 à 0,5 mm) sont triés ou présélectionnés par un procédé de traitement à moyenne et forte densité, ce qui constitue une méthode très économique.
2) Séparation magnétique
La séparation magnétique est une méthode de traitement qui permet de séparer les minéraux dans un champ magnétique non uniforme, en exploitant la différence de magnétisme des minéraux présents dans le minerai. La chromite, faiblement magnétique, peut être séparée par des séparateurs magnétiques à gradient élevé à anneaux verticaux, des séparateurs magnétiques à plaques humides et d'autres équipements. Les coefficients de susceptibilité magnétique spécifiques des minéraux de chrome extraits dans différentes régions du monde sont relativement homogènes et similaires à ceux de la wolframite extraite dans diverses régions.
L'utilisation de la séparation magnétique pour obtenir un concentré de chrome à haute teneur peut se faire dans deux situations : soit pour éliminer les minéraux fortement magnétiques (principalement la magnétite) présents dans le minerai sous un champ magnétique faible afin d'augmenter la proportion de ferrochrome, soit pour séparer les minéraux de la gangue et récupérer le minerai de chrome (composé de minéraux faiblement magnétiques) sous un champ magnétique intense.
3) Sélection électrique
La séparation électrique est une méthode de séparation du minerai de chrome et des minéraux de gangue silicatés utilisant les propriétés électriques des minéraux, telles que les différences de conductivité et de constante diélectrique.
4) Flottation
Lors de la séparation gravimétrique, le minerai de chromite à grains fins (< 100 µm) est souvent rejeté sous forme de résidus. Cependant, ce minerai présente une valeur valorisable élevée, et la flottation permet de récupérer ce type de minerai à faible teneur. La flottation est réalisée sur un minerai de chrome contenant 20 à 40 % de Cr₂O₃ dans les résidus, ainsi que de la serpentine, de l'olivine, du rutile et des carbonates de calcium et de magnésium comme gangue. Le minerai est finement broyé à 200 µm. Du silicate de sodium, des phosphates, des métaphosphates, des fluorosilicates, etc., sont utilisés pour disperser et inhiber les boues, tandis qu'un acide gras insaturé sert de collecteur. La dispersion et la suppression des boues de gangue sont essentielles au bon déroulement du procédé de flottation. Les ions métalliques tels que le fer et le plomb peuvent activer la chromite. Lorsque le pH de la suspension est inférieur à 6, la chromite flotte difficilement. En résumé, la consommation de réactif de flottation est importante, la teneur du concentré est instable et le taux de récupération est faible. Les ions Ca²⁺ et Mg²⁺ dissous provenant des minéraux de la gangue réduisent la sélectivité du procédé de flottation.
5) Enrichissement chimique
Le traitement chimique consiste à traiter directement certains minerais de chromite qui ne peuvent être séparés par des méthodes physiques ou dont le coût est relativement élevé. Le rapport Cr/Fe du concentré obtenu par voie chimique est supérieur à celui obtenu par les méthodes physiques classiques. Parmi les méthodes chimiques, on peut citer la lixiviation sélective, l'oxydoréduction, la séparation par fusion, la lixiviation à l'acide sulfurique et à l'acide chromique, la réduction suivie d'une lixiviation à l'acide sulfurique, etc. L'association de méthodes physico-chimiques et le traitement direct du minerai de chrome par voie chimique constituent aujourd'hui l'une des principales tendances de l'enrichissement de la chromite. Les méthodes chimiques permettent d'extraire directement le chrome du minerai et de produire du carbure et de l'oxyde de chrome.
Date de publication : 30 avril 2021