金属之最的硬度最高的金属——铬

铬(Cr)是一种银白色金属，质极硬而脆。铬是硬度最高的金属，莫氏硬度为9，仅次于钻石。铬具有很高的耐腐蚀性，在空气中，即便是在炽热的状态下，氧化也很慢。铬镀在金属上可起保护作用。

铬是不锈钢中的关键成分，只有当铬含量达到一定值时，钢材有耐蚀性。因此，不锈钢一般Cr（铬）含量至少为105%，在某些不锈钢合金中铬要占到重量的1/4。铬具有非常好的发光性和抗腐蚀性，外表与银相似，所以便宜的“银餐具”一般是由以铬为主要成分的不锈钢制成的。

铬是动物和人体必不可少的微量营养素之一。其主要作用是帮助维持身体中所允许的正常葡萄糖含量。饮食中供铬不足与葡萄糖和类脂同化作用的改变有关。肠胃中铬的吸收与食品中元素的化学结构有关。研究表明，饮食中摄人的无机铬只有1%被吸收，铬一旦被吸收，便迅速离开血液分布于各个器官中，特别是肝脏，有3价铬存在。在所有细胞组织中铬的浓度都随着年龄的增加而下降。

一、铬矿的工业类型

铬的工业矿物高度集中于铬尖晶石亚族矿物中，化学通式为（RO·R2O3）即（Mg，Fe2+）（Cr，A1，Fe3+）2O4或（Mg，Fe2+）O·（Cr，A1，Fe3+）2O3，统称铬尖晶石。有工业价值的铬矿，Cr2O3含量一般都在30%以上，主要由以下几种含铬矿物组成，铬铁矿[（Mg，Fe）Cr2O4]Cr2O3含量50%～60%；铝铬铁矿[（Mg，Fe）（Cr，A1）2O4]Cr2O3含量32%～50%；富铬尖晶石[（Mg，Fe）（Cr，A1）2O4]Cr2O3含量32%～38%。

根据不同的工业用途，铬矿石可以划分为冶金级、耐火级、化工级及铸石级4种工业类型，各种类型工业标准也有所不同：

1）冶金级铬矿石：主要用于冶炼各种铬铁合金，进而作为冶炼铬钢、铬合金钢及不锈钢的重要原料。冶金级铬矿石，还可用来冶炼金属铬，金属铬含铬可达98%以上。

目前我国冶炼铬铁合金的方法主要是电炉法和真空碳还原法。铬矿石需要选用富矿或精矿。工业指标见表2-1（姚培慧等，1996）。

表2-1 冶炼铬铁合金用富矿（或精矿）的工业指标

2）耐火级铬矿石：铬矿石主要用来制造镁铬砖、铬砖、铬铝砖等；此外，还可用来制造各种不定型的耐火材料。制造方法，主要有烧结法和电熔法两种。

此种矿石可分两个品级：

一级品：Cr2O3含量≥35%，SiO2≤8%，CaO≤2%。可用作天然耐火材料。

二级品：Cr2O3含量≥30%，SiO2≤11%，CaO≤3%。可用来制造铬砖、铬镁砖等。

3）化工级铬矿石：铬矿石主要用来生产重铬酸盐，并以此为原料生产其他铬化合物产品，常用方法为硫酸法和碳化法。此种用途的铬矿石，其化学成分要求Cr2O3≥30%，Cr2O3/（FeO）≥2～25，SiO2少量。

4）铸石级铬矿石：可用来制造辉绿岩铸石及铬菱镁矿制品。其化学成分要求 Cr2O3≥10%～20%，SiO2≤10%。

二、铬矿床成因类型

世界铬矿以原生铬矿为主，且无一例外地产于基性-超基性岩体中，一般呈独立矿种产出，显示了极强的成矿专属性。现将两种成因类型特征简述如下：

层状基性-超基性侵入体中的岩浆结晶分异铬矿，一般规模和储量都比较大，是世界主要的铬矿类型，储量约占世界铬矿储量的70%以上（杨经绥，2010），但产量却不及50%。世界豆荚型铬矿由于质优、易选冶，颇受青睐。据施俊法（2010）统计，产量达到55%。层状铬矿一般产于古老的稳定克拉通内部具张性大陆裂谷环境或大陆边缘，赋矿岩层为基性-超基性层状杂岩体，具有多旋回特点，最著名的有南非布什维尔德、美国斯蒂尔沃特、津巴布韦大岩墙等典型矿床。铬矿呈层状产于基性程度最高或较高的岩层中（图2-1）。

图2-1 斯蒂尔沃特、津巴布韦大岩墙铬矿层位示意图

（转引自施俊法，2010，略作修改）

蛇绿岩型豆荚状铬矿的成因类型比较复杂，国内外学者曾进行过大量研究，有代表性的如：欧美学者创立的早期岩浆结晶堆积说；随后兴起的晚期岩浆分异-残浆成矿说；我国学者王恒升等提出的熔离成矿说（20世纪70年代铬矿会战）等。Thayer首次于1964年将形成于阿尔卑斯山的铬矿命名为“豆荚型铬矿”，20 世纪70年代后，板块构造理论兴起，特别是1972年美国彭罗斯（Penrose）会议确定了蛇绿岩定义以来，由于其与板块构造间的密切关系，引起了各国岩石学家和构造地质学家的重视。在1979～1990年间，国际上就蛇绿岩与大洋岩石圈问题召开过4 次学术讨论会。我国也于1996，1997年连续召开两次蛇绿岩学术讨论会，并出版了相应的论文集。由于蛇绿岩研究的进展，为铬矿的成因理论研究开辟了新的思路，不少学者认识到产于特定环境的豆荚状铬矿与蛇绿岩关系密切，提出了一些成因解释，但缺乏系统的分析和总结。20 世纪80年代，我国学者王希斌、鲍佩声等（1999）通过具体矿区工作，与第一线地质入员一起，在对罗布莎、东巧、萨尔托海、大道尔吉等铬矿床深入研究的基础上，提出了蛇绿岩建造中豆荚型铬矿为原始地幔岩高度熔融再造的观点，并对中国豆荚型铬矿床作了系统总结，阐明豆荚型铬矿多产于显生宙以来代表板块缝合带的蛇绿岩带（蛇绿混杂岩）中，是大洋地幔岩高度熔融再造的产物。在蛇绿岩理想剖面中（图2-2），由地幔岩局部熔融形成的豆荚型铬矿，产于岩石莫霍面（IGGass＆jDSmewing，1973）之下的变质地幔橄榄岩中（即以斜辉辉橄岩为主夹纯橄岩透镜体），部分地区莫霍面上部岩浆房中可能出现具岩浆分异特征的似层状铬矿（矿石围岩主要为纯橄岩）。蛇绿岩通过板块运动的俯冲和碰撞作用，以随机截取的断块（岩片）形式进入大陆地壳。由于构造运动强烈而复杂，导致蛇绿岩原位特征受到破坏，层序完整保存者十分少见，故而判别铬矿产出的层位比较困难。变质地幔橄榄岩（即图2-2中地幔构造岩）中铬矿矿体宏观上常具有塑性变形特征，形态不规则，具有成群出现、成带分布、分段集中特点，一个矿区常由数十至数百个小矿体组成，虽大型矿床不多，但因质优、品位高而具有良好的工业价值。

图2-2 蛇绿岩剖面中铬矿产出位置示意图

（转引自陈征等，2004，略作修改）

我国铬矿也不例外，一类是产于古老陆块区或裂谷带附近基性-超基性岩体中的“似层状”铬矿床，其特征不同于国外巨型层状铬矿床，韵律层往往不明显，规模也小得多。主要产于我国东部陆块区及陆块深断裂附近，含矿岩体多呈条带状分布，面积较广，矿体与围岩呈过渡关系，代表矿床有北京平顶山、放马峪等铬矿床；另一类铬矿产于深断裂附近小基性-超基性岩体中，岩体具有明显的环状结构，由边缘到中央基性程度增高，往往形成中央纯橄岩岩相带，铬矿多分布于基性程度最高的岩相带中，以河北高寺台、四川大槽铬矿为代表。此类铬矿，造矿铬尖晶石化学成分往往以高铁（高钛）为特征，推测铬矿可能属于由大陆地幔派生岩浆经结晶分异作用而成，具有正常的岩浆岩结构，并可与Fe、Cu、Ni、Pt族元素等伴生，工业价值不高。

蛇绿岩型铬矿是我国的主要铬矿类型，如西藏的罗布莎大型铬矿床、新疆萨尔托海中型铬矿床、内蒙古赫格敖拉中型铬矿床。有工业价值的矿体主要产于局部熔融后的地幔橄榄岩中（斜辉辉橄岩夹纯橄岩）；少数矿床的矿体赋存于代表岩浆房的堆晶岩底部（基性程度最高的岩相）中。关于蛇绿岩型铬矿的成矿机制，将结合第三章典型矿床成因详述之。

GB/T 24230-2009 铬矿石和铬精矿 铬含量的测定 滴定法

GB/T 24231-2009 铬矿石 镁、铝、硅、钙、钛、钒、铬、锰、铁和镍含量的测定 波长色散X射线荧光光谱法

GB/T 24243-2009 铬矿石 采取份样

SN 0066-1992 进口散装铬矿石取样 制样方法

SN/T 0831-1999 进出口铬矿中铁、铝、硅、镁、钙的测定 微波溶样ICP-AES法

SN/T 1118-2002 铬矿中铬、硅、铁、铝、镁、钙的测定波长色散X射线荧光光谱法

YB/T 1911-2001 铬矿石化学分析方法 重量法测定水分含量

YB/T 1912-2001 铬矿石化学分析方法 滴定法测定三氧化二铬含量

YB/T 1913-2001 铬矿石化学分析方法 高氯酸脱水重量法测定二氧化硅含量

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YB/T 1916-2001 铬矿石化学分析方法 磷钼蓝分光光度法测定磷含量

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YB/T 4066-1991 铬精矿

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YB/T 5057-2007 含钒钛炉渣五氧化二钒含量测定滴定法

铬具有亲氧性和亲铁性，以亲氧性较强，只有在还原和硫的逸度较高的情况下才显示亲硫性。在内生作用条件下铬一般呈三价。六次酸位的Cr3+和Al3+Fe3+的离子半径相接近，故它们之间可以呈广泛的类质同象。此外，可与铬类质同象代替的元素还有Mn、Mg、Ni、Co、Zn等，所以在镁铁硅酸盐矿物和副矿物中有铬的广泛分布。在表生带强烈氧化条件下（碱性介质），Cr3+氧化成Cr6+形式的铬酸根离子，使不活动的铬离子变成易溶的铬阴离子发生迁移。遇极化性很强的离子（如Cu、Pb等），则形成难溶的铬酸性矿物。在自然界中已发现的含铬矿物约有50余种，分别属于氧化物类、铬酸盐类和硅酸盐类。此外还有少数氢氧化物、碘酸盐、氮化物和硫化物。其中氮化铬和硫化铬矿物只见于陨石中。

具有工业价值的铬矿物都属于铬尖晶石类矿物，它们的化学通式为（Mg、Fe2+）（Cr、Al、Fe3+）2O4或（Mg、Fe2+）O（Cr、Al、Fe3+）2O3，其Cr2O3含量为18%～62%。

有工业价值的铬矿物，其Cr2O3含量一般都在30%以上，其中常见的是： 冶金级铬矿石主要用于冶炼各种铬铁合金。

冶金用铬矿石按加工方式不同（选矿和天然矿）分为精矿（G）和块矿（K两类）

精矿按Cr2O3%含量的不同，分为7个牌号。其化学成分应符合表1的规定。

物理状态：冶金用铬矿石中水分不允许大于10%；冶金用铬矿石粒度不允许大于300mm；冶金用铬矿石中不允许混入外来杂质。

冶金级铬铁矿石还可用来冶炼金属铬，目前我国冶炼金属铬的方法有火法和湿法两种。采用湿法冶炼金属铬要求：铬矿石或精矿含Cr2O3≥38%、Cr2O3/FeO>2、SiO2<12%、Al2O3<10%，此外矿石粒度小于180目的应占80%以上。 在耐火材料工业中，铬矿石主要用来制造镁铬砖、铬砖和铬铝砖等。

用于生产耐火材料的铬矿石分为两个品级。一级品用作天然耐火材料，质量要求：Cr2O3≥35%、SiO2≤8%、CaO≤2%。二级品用作生产铬砖、铬镁砖，质量要求：Cr2O3≥30%～32%、SiO2≤11%、CaO≤3%。

以上两个品级，矿石块度都要求在50～300mm之间，而且矿石中不允许有大于5～8mm的夹石。 在化学工业上，铬矿石主要用来生产重铬酸盐（铬盐），再用它作原料生产其他铬化合物产品。铬盐用铬矿石工业要求：Cr2O3≥30%、Cr2O3/FeO≥2～2。5，SiO2少量。

用以生产辉绿岩铸石的铬矿石，其质量要求：Cr2O3≥10%～20%，SiO2≤10%。