Хром это тяжелый металл

Обновлено: 04.10.2024

Тяжёлые мета́ллы — группа химических элементов со свойствами металлов (в том числе и полуметаллы) и значительным атомным весом либо плотностью. Известно около сорока различных определений термина тяжелые металлы, и невозможно указать на одно из них, как наиболее принятое. Соответственно, список тяжелых металлов согласно разным определениям будет включать разные элементы. Используемым критерием может быть атомный вес свыше 50, и тогда в список попадают все металлы, начиная с ванадия, независимо от плотности. Другим часто используемым критерием является плотность, примерно равная или большая плотности железа (8 г/см3), тогда в список попадают такие элементы как свинец, ртуть, медь, кадмий, кобальт, а, например, более легкое олово выпадает из списка. Существуют классификации, основанные и на других значениях пороговой плотности или атомного веса. Некоторые классификации делают исключения для благородных и редких металлов, не относя их к тяжелым, некоторые исключают нецветные металлы (железо, марганец).

Термин тяжелые металлы чаще всего рассматривается не с химической, а с медицинской и природоохранной точек зрения [1] и, таким, образом, при включении в эту категорию учитываются не только химические и физические свойства элемента, но и его биологическая активность и токсичность, а также объем использования в хозяйственной деятельности. [2]

Содержание

Биологическая роль

Многие тяжелые металлы, такие как железо, медь, цинк, молибден, участвуют в биологических процессах и в определенных количествах являются необходимыми для функционирования растений, животных и человека микроэлементами. С другой стороны, тяжёлые металлы и их соединения могут оказывать вредное воздействие на организм человека, способны накапливаться в тканях, вызывая ряд заболеваний. Не имеющие полезной роли в биологических процессах металлы, такие как свинец и ртуть, определяются как токсичные металлы. Некоторые элементы, такие как ванадий или кадмий, обычно имеющие токсичное влияние на живые организмы, могут быть полезны для некоторых видов. [3]

Загрязнение тяжелыми металлами

Среди разнообразных загрязняющих веществ тяжёлые металлы (в том числе ртуть, свинец, кадмий, цинк, мышьяк) и их соединения выделяются распространенностью, высокой токсичностью, многие из них — также способностью к накоплению в живых организмах. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистительные мероприятия, содержание соединения тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Они также поступают в окружающую среду с бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий. Многие металлы образуют стойкие органические соединения, хорошая растворимость этих комплексов способствует миграции тяжелых металлов в природных водах. К тяжелым металлам относят более 40 химических элементов, но при учете токсичности, стойкости, способности накапливаться во внешней среде и масштабов распространения токсичных соединений, контроля требуют значительно меньшее число элементов.

Загрязнение океана

Помимо сточных вод, большие массы соединений тяжелых металлов поступают в океан через атмосферу и с захоронением разнообразных отходов в Мировом океане. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий.

Ртуть

Ртуть переносится в океан с материковым стоком (прежде всего — из стока промышленных вод) и через атмосферу. В составе атмосферной пыли содержится около 12 тыс.т. ртути. До трети от этого количества образуется при выветривании пород, содержащих ртуть (киноварь). Ртуть антропогенного происхождения попадает в атмосферу в первую очередь при сжигании угля на электростанциях. Около половины годового промышленного производства этого металла (910 тыс. тонн) попадает в океан. Некоторые бактерии переводят токсичные хлориды ртути в еще более токсичную метилртуть. [4] Соединения ртути накапливается многими морскими и пресноводными организмами в концентрациях, во много раз превышающих содержание ее в воде.

Употребление в пищу рыбы и морепродуктов неоднократно приводило к ртутному отравлению населения. Так, к 1977 году насчитывалось 2800 жертв болезни Минамата, причиной которой послужило поступление в залив Минамата со сточными водами отходов предприятий, на которых в качестве катализатора использовалась хлористая ртуть. Соединения ртути высокотоксичны для человека.

Свинец

Свинец — рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Помимо того, свинец поступает в окружающую среду в результате хозяйственной деятельности человека, в том числе с выхлопными газами поступает используемый в топливе тетраэтилсвинец. Через атмосферу океан получает 20-30 тысяч тонн свинца в год с континентальной пылью. [4]

В организм человека свинец попадает как с пищей и водой, так и из воздуха. Свинец может выводиться из организма, однако малая скорость выведения может приводить к накоплению в костях, печени и почках.

Кадмий

Кадмий является относительно редким и рассеянным элементом, в природе концентрируется в минералах цинка. Поступает в природные воды в результате смыва почв, выветривания полиметаллических и медных руд, и со сточными водами рудообогатительных, металлургических и химических производств. Кадмий в норме присутствует в организме человека в микроскопических количествах. При накоплении организмом соединений кадмия поражается нервная система, нарушается фосфорно-кальциевый обмен. Хроническое отравление приводит к анемии и разрушению костей.

Хром это тяжелый металл

Cr, химический элемент VI группы периодической системы Менделеева, атомный номер 24, атомная масса 51,996; металл голубовато-стального цвета.

Природные стабильные изотопы: 50 Cr (4,31%), 52 Cr (87,76%), 53 Cr (9,55%) и 54 Cr (2,38%). Из шести искусственных радиоактивных изотопов наиболее важен 51 Cr (период полураспада T₁_/2 = 27,8 сут), который применяется как изотопный индикатор (См. Изотопные индикаторы).

Историческая справка. Х. открыт в 1797 Л. Н. Вокленом в минерале крокоите — природном хромате свинца PbCrO₄. Название Х. получил от греческого слова chroma — цвет, краска (из-за разнообразия окраски своих соединений). Независимо от Воклена Х. был открыт в крокоите в 1798 немецким учёным М. Г. Клапротом.

Распространение в природе. Среднее содержание Х. в земной коре (кларк) 8,3․10 -3 %. Этот элемент, вероятно, более характерен для мантии Земли (См. Мантия Земли), т.к. ультраосновные породы, которые, как полагают, ближе всего по составу к мантии Земли, обогащены Х. (2․10 -1 %). Х. образует массивные и вкрапленные руды в ультраосновных горных породах; с ними связано образование крупнейших месторождений Х. (см. Хромовые руды). В основных породах содержание Х. достигает лишь 2․10 -2 %, в кислых — 2,5․10 -3 %, в осадочных породах (песчаниках) — 3,5․10 -3 %, глинистых сланцах — 9․10 -3 %. Х. — сравнительно слабый водный мигрант; содержание Х. в морской воде 0,00005 мг/л.

В целом Х. — металл глубинных зон Земли; каменные метеориты (аналоги мантии) тоже обогащены Х. (2,7․10 -1 %). Известно свыше 20 минералов Х. Промышленное значение имеют только Хромшпинелиды (до 54% Cr); кроме того, Х. содержится в ряде др. минералов, которые нередко сопровождают хромовые руды, но сами не представляют практической ценности (Уваровит, волконскоит, кемерит, фуксит).

Физические и химические свойства. Х. — твёрдый, тяжёлый, тугоплавкий металл. Чистый Х. пластичен. Кристаллизуется в объёмноцентрированной решётке, а = 2 885 Å (20 °С); при Хром 1830 °С возможно превращение в модификацию с гранецентрированной решёткой, а = 3,69 Å.

Атомный радиус 1,27 Å; ионные радиусы Cr 2+ 0,83 Å, Cr 3+ 0,64 Å, Cr 6+ 0,52 Å Плотность 7,19 г/см 3 ; t_пл 1890 °С; t_кип 2480 °С. Удельная теплоёмкость 0,461 кдж/(кг․К.) [0,11 кал/(г․°С)] (25°С); термический коэффициент линейного расширения 8,24․10 -6 (при 20 °С); коэффициент теплопроводности 67 вм/(м․К) [0,16 кал/(см․сек․°С)] (20 °С); удельное электросопротивление 0,414 мком․м (20°С); термический коэффициент электросопротивления в интервале 20—600 °С составляет 3,01․10 -3 . Х. антиферромагнитен, удельная магнитная восприимчивость 3,6․10 -6 . Твёрдость высокочистого Х. по Бринеллю 7—9 Мн/м 2 (70—90 кгс/см 2 ).

Внешняя электронная конфигурация атома Х. 3d 5 4s 1 . В соединениях обычно проявляет степени окисления +2, +3, +6, среди них наиболее устойчивы Cr 3+ ; известны отдельные соединения, в которых Х. имеет степени окисления +1, +4, +5. Х. химически малоактивен. При обычных условиях устойчив к кислороду и влаге, но соединяется с фтором, образуя CrF₃. Выше 600 °С взаимодействует с парами воды, давая Cr₂O₃; азотом — Cr₂N, CrN; углеродом — Cr₂₃C₆, Cr₇C₃, Cr₃C₂; серой — Cr₂S₃. При сплавлении с бором образует борид CrB, с кремнием — силициды Cr₃Si, Cr₂Si₃, CrSi₂. Со многими металлами Х. даёт сплавы (см. Хромовые сплавы). Взаимодействие с кислородом протекает сначала довольно активно, затем резко замедляется благодаря образованию на поверхности металла окисной плёнки. При 1200 °С плёнка разрушается и окисление снова идёт быстро. Х. загорается в кислороде при 2000 °С с образованием темно-зелёной окиси Х. Cr₂O₃. Помимо окиси, известны др. соединения с кислородом, например CrO, CrO₃, получаемые косвенным путём (подробнее см. Хрома окислы). Х. легко реагирует с разбавленными растворами соляной и серной кислот с образованием хлорида и сульфата Х. и выделением водорода; царская водка и азотная кислота пассивируют Х.

С увеличением степени окисления возрастают кислотные и окислительные свойства Х. Производные Cr2 + — очень сильные восстановители. Ион Cr 2+ образуется на первой стадии растворения Х. в кислотах или при восстановлении Cr 3+ в кислом растворе цинком. Гидрат закиси Cr (OH)₂ при обезвоживании переходит в CrO₄ 2- . Соединения Cr 3+ устойчивы на воздухе. Могут быть и восстановителями и окислителями. Cr 3+ можно восстановить в кислом растворе цинком до Cr 2+ или окислить в щелочном растворе до CrO₄ 2- бромом и др. окислителями. Гидроокись Cr (OH)₃ (вернее Cr₂O₃․nH₂O — амфотерное соединение, образующее соли с катионом Cr 3+ или соли хромистой кислоты HCrO₂ — хромиты (например, KCrO₂, NaCrO₂). Соединения Cr 6+ : хромовый ангидрид CrO₃, Хромовые кислоты и их соли, среди которых наиболее важны хромоты (См. Хромота перемежающаяся) и Дихроматы (см. также Хромпик) — сильные окислители. Х. образует большое число солей с кислородсодержащими кислотами. Известны комплексные соединения Х.; особенно многочисленны комплексные соединения Cr 3+ , в которых Х. имеет координационное число 6. Существует значительное число перекисных соединений Х.

Получение. В зависимости от цели использования получают Х. различной степени чистоты. Сырьём обычно служат хромшпинелиды, которые подвергают обогащению, а затем сплавляют с поташом (или содой) в присутствии кислорода воздуха. Применительно к основному компоненту руд, содержащему Cr 3+ , реакция следующая:

Образующийся хромат калия K₂CrO₄ выщелачивают горячей водой и действием H₂SO₄ превращают его в дихромат K₂Cr₂O₄. Далее действием концентрированного раствора H₂SO₄ на K₂Cr₂O₇ получают хромовый ангидрид CrO₃ или нагреванием K₂Cr₂O₇ с серой — окись Х. Cr₂O₃.

Наиболее чистый Х. в промышленных условиях получают либо электролизом концентрированных водных растворов CrO₃ или Cr₂O₃, содержащих H₂SO₄, либо электролизом сульфата Х. Cr₂(SO₄)₃. При этом Х. выделяется на катоде из алюминия или нержавеющей стали. Полная очистка от примесей достигается обработкой Х. особо чистым водородом при высокой температуре (1500—1700 °С).

Возможно также получение чистого Х. электролизом расплавов CrF₃ или CrCl₃ в смеси с фторидами натрия, калия, кальция при температуре около 900 °С в атмосфере аргона.

В небольших количествах Х. получают восстановлением Cr₂O₃ алюминием или кремнием. При алюминотермическом способе предварительно подогретую шихту из Cr₂O₃ и порошка или стружек Al с добавками окислителя загружают в тигель, где реакцию возбуждают поджиганием смеси Na₂O₂ и Al до тех пор, пока тигель заполнится Х. и шлаком. Силикотермически Х. выплавляют в дуговых печах. Чистота получаемого Х. определяется содержанием примесей в Cr₃O₃ и в Al или Si, используемых для восстановления.

Применение. Использование Х. основано на его жаропрочности, твёрдости и устойчивости против коррозии. Больше всего Х. применяют для выплавки хромистых сталей (см. Хромаль, Хромель, Хромансиль). Алюмино- и силикотермический Х. используют для выплавки Нихрома, Нимоника, других никелевых сплавов (См. Никелевые сплавы) и Стеллита.

Значительное количество Х. идёт на декоративные коррозионно-стойкие покрытия (см. Хромирование). Широкое применение получил порошковый Х. в производстве металлокерамических изделий и материалов для сварочных электродов. Х. в виде иона Cr 3+ — примесь в Рубине, который используется как драгоценный камень и лазерный материал (См. Лазерные материалы). Соединениями Х. протравливают ткани при крашении. Некоторые соли Х. используются как составная часть дубильных растворов в кожевенной промышленности; PbCrO₄, ZnCrO₄, SrCrO₄ — как художественные краски. Из смеси хромита и магнезита изготовляют Хромомагнезитовые огнеупорные изделия.

Х. в организме. Х. — один из биогенных элементов (См. Биогенные элементы), постоянно входит в состав тканей растений и животных. Среднее содержание Х. в растениях — 0,0005% (92—95% Х. накапливается в корнях), у животных — от десятитысячных до десятимиллионных долей процента. В планктонных организмах коэффициент накопления Х. огромен — 10 000 — 26 000. Высшие растения не переносят концентрации Х. выше 3․10 -4 моль/л. В листьях он присутствует в виде низкомолекулярного комплекса, не связанного с субклеточными структурами. Необходимость Х. для растений не доказана. У животных Х. участвует в обмене липидов, белков (входит в состав фермента трипсина), углеводов (структурный компонент глюкозоустойчивого фактора). Основной источник поступления Х. в организм животных и человека — пища. Снижение содержания Х. в пище и крови приводит к уменьшению скорости роста, увеличению холестерина в крови и снижению чувствительности периферийных тканей к инсулину.

Отравлениях, и его соединениями встречаются при их производстве; в машиностроении (гальванические покрытия); металлургии (легирующие добавки, сплавы, огнеупоры); при изготовлении кож, красок и т.д. Токсичность соединений Х. зависит от их химической структуры: дихроматы токсичнее хроматов, соединения Cr (VI) токсичнее соединений Cr (II), Cr (lll). Начальные формы заболевания проявляются ощущением сухости и болью в носу, першением в горле, затруднением дыхания, кашлем и т.д.; они могут проходить при прекращении контакта с Х. При длительном контакте с соединениями Х. развиваются признаки хронического отравления: головная боль, слабость, диспепсия, потеря в весе и др. Нарушаются функции желудка, печени и поджелудочной железы. Возможны бронхит, бронхиальная астма, диффузный пневмосклероз. При воздействии Х. на кожу могут развиться дерматит, экзема. По некоторым данным, соединения Х., преимущественно Cr (lll), обладают канцерогенным действием. Профилактика отравлений: периодические медицинские осмотры с участием отоларинголога; при гальванических процессах — местная вентиляция в виде бортовых отсосов у ванн, использование перчаток, защитных мазей; при наличии пыли, содержащей Х., применяют респираторы, общие средства пылеподавления и пылеулавливания.

Лит.: Салли А. Г., Брэндз Э. А., Хром, 2 изд., М., 1971; Некрасов Б. В., Основы общей химии, М., 1973; Ахметов Н. С., Неорганическая химия, 2 изд., М., 1975; Реми Г., Курс неорганической химии, пер. с нем., т. 1—2, М., 1972—74; Коттон Ф., Уилкинсон Дж., Современная неорганическая химия, пер. с англ., ч. 3, М., 1969; Грушко Я. М., Соединения хрома и профилактика отравлений ими, М., 1964; Bowen Н. J. М., Trace elements in biochemistry, L. — N. Y., 1966.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Хром: свойства, способы добычи и применение

Хром – достаточно распространённый в природе тяжёлый металл, голубовато-белого цвета. Благодаря тому, что химические соединения этого элемента имеют разные цвета, он и получил своё название, переводимое на русский язык с греческого как «краска».

Заслуга открытия этого природного минерала, выделенного в чистом виде Ф. Тассертом на рубеже XVIII-XIX веков, принадлежит французскому профессору химии Никола Луи Воклену и немецким учёным М. Г. Клапротом и Т. Е. Ловицем.

Один из самых твёрдых и пластичных материалов (при проведении по стеклу, оставляет след).
Металл становится очень хрупким (легко ломается при незначительных физических воздействиях) при наличии примесей в виде: азота, кислорода и углерода.
Хорошо поддаётся механической обработке.
Электро- и теплопроводен.
Обладает металлическим блеском.
При температуре +37…+39 0 C начинает менять ряд физических характеристик: снижается упругость, изменяется электропроводность и коэффициент линейного расширения.
Плотность металла field-name-field-img-article">

Эндогенные

Эндогенные хромовые руды представляют собой залежи ископаемых, образовавшихся в результате извержения магмы или жидких, а также газовых растворов, содержащих в себе минералы, располагающиеся в глубинах земных недр. Процесс их внутри земного формирования в своё время происходил под воздействием высоких температур и значительного давления.

В свою очередь, по времени образования эндогенные руды подразделяются:

на раннемагматические (в их нижних горизонтах и залегают хромовые руды)
и позднемагматические (те, в которых образуются линзы, столбы и жилы искомого минерала).

Кроме того, в зависимости от физико-химических процессов и содержания, насчитывается пять основных генетических групп руд:

магматические,
пегматитовые,
карбонатитовые,
скарновые,
гидротермальные.

Промышленное значение имеют альпинотипный и стратиформный типы месторождений. Оба они отличаются высоким содержанием хрома, железа и глинозёма.

Экзогенные

Разрушение эндогенных руд посредством процессов выветривания привело к возникновению экзогенных (россыпных) залежей, подразделяющихся на прибрежно-морские, элювиальные, делювиальные отложения.

Техногенные

Фактически представляют собой остатки технологических процессов освоения и переработки хромовых промышленных руд: специальные отвалы и хвосты. Их освоение требует соответствующих специфике исследований, а также научно-исследовательских и конструкторских разработок.

Способы добычи хрома

Основными технологиями добычи хрома, как и ряда других полезных ископаемых, выступают открытый, подземный и комбинированный способы.

Самым распространённым и популярным является открытый, карьерный способ. Это объясняется доступностью залежей и возможностью быстрой организации широкого фронта работ с привлечением максимума тяжёлой техники.

Однако такое бывает далеко не всегда. В случае глубинных залежей хромовых руд приходится строить шахты, прокладывать горизонтальные квершлаги, штольни, штреки. Способ достаточно затратный, но эффективный в плане добычи самых богатых залежей полезных ископаемых.

Если рудное тело располагается на разных глубинах, то уместным становится совмещение открытого и закрытого способа, то есть комбинированного, позволяющего в наибольшей степени освоить месторождение.

Так как добытое перечисленными способами сырьё насыщено примесями, а для потребителей нужен чистый хром, то для его получения прибегают к разнообразным физико-химическим способам переработки извлечённых руд.

Алюмотермический метод

Частный случай металлотермии, изобретённый в 1859 году российским академиком Н. Н. Бекетовым и внедрённый в промышленную эксплуатацию на рубеже XIX-XX веков Г. Гольдшмидтом, представляет собой не что иное, как метод восстановления оксида хрома с помощью алюминия сопровождающийся значительным выделением тепла. Температура подобного процесса может достигать 3000 0 C.

Для осуществления процесса используется облицованная магнезитовым кирпичом специальная шахта, смонтированная на вагонетке. Внутри полости размещается шихта и запальная смесь. Для усиления реакции добавляются хромовокислые соли и флюсы. В результате чего исходное сырьё преобразуется в сплав, содержащий в своём составе до 92% хрома и предназначенный для слива шлак.

Металлотермическая плавка

Суть металлотермии заключается в восстановлении металлов (в нашем случае – хрома) из их соединений под воздействием высокой температуры с помощью других, более активных в химическом отношении металлов. Сами процессы металлотермии могут протекать в вакууме, электрических печах и вне печей, если позволяет температура реакции.

Дифференцированное сырьё, включает в себя:

Рудную часть концентрат + алюминиевый порошок.
Запальную смесь yandex_rtb_R-A-494877-33">

Лабораторный метод

Фактически – электролиз, осуществляемый в лабораторных условиях. Для чего используется специальная ёмкость – электролизёр, заполненный серной кислотой, куда добавляется хромой ангидрид. При пропускании электрического тока, на катоде оседает чистый хром с попутным выделением водорода. Метод не имеет большого практического применения, вследствие малой востребованности получаемого состава.

Хранение и транспортировка

Изготовленный в виде кусков металлический хром, относящийся к третьему классу опасности, следует хранить в специализированных контейнерах или стальных барабанах. При необходимости длительного хранения, барабаны должны быть окрашены в серый цвет.

Транспортировка упакованного материала может осуществляться всеми видами транспорта с соблюдением действующих норм и правил перевозки грузов.

Область применения хрома

Производство стали

Благодаря своим свойствам, хром находит широкое применение в сталелитейном производстве. Этот легирующий элемент позволяет защитить железо от коррозии, повысить его твёрдость и уменьшить критическую скорость охлаждения во время закалки.

Хромистые стали используются для изготовления оружия, броневых плит, несгораемых шкафов, а также корпусов кораблей и подводных лодок.

Хромирование

Электролитическим способом на поверхность готового изделия или детали наносится тончайшая плёнка, толщиной порядка 0,005 мм, что позволяет сформировать хромированную поверхность. Такой защитный слой – хромовое покрытие или хромирование не только делает изделие изящным и красивым, но и защищает его от влаги и воздуха в течение длительного времени.

Сохранение древесины и обработка кожи

Не только металлы нуждаются в защите, но и древесина. Обработанная хромовыми солями, она становится не доступной для разрушения микроорганизмами, насекомыми и плюс к тому имеет меньшую вероятность механического повреждения.

В процессе производства обуви или галантереи кожевенные изделия проходят стабилизацию под воздействием хромовых квасцов.

Изготовление красок

Благодаря богатейшей палитре цветов ряда химических соединений, хрома входит в состав разнообразных красителей и пигментирующих веществ. Оксиды хрома и некоторых металлов служат художественными красками, также они применятся при протравливании тканей перед крашением.

Характерный для некоторых декоративных стеклянных изделий зелёный или жёлтый цвет имеет в своей основе этот же минерал.

Ювелирная промышленность

Драгоценные камни, столь незаменимые в готовых ювелирных изделиях часто содержат в своём составе хром. Это – прежде всего рубин, который к тому же используется в лазерных установках, а также шпинель и уваровит.

Безусловно, все перечисленные отрасли не исчерпывают области применения этого минерала. Он находит достаточно широкое употребление при изготовлении:

Фотографий (желатин).
Полиграфической продукции.
Электронной аппаратуры.
Пластмасс.
Фармацевтических веществ.
Огнеупоров.
Металлокерамики.
Электродов.

Месторождения в России и мире

Хром – достаточно распространённый в природе металл (0,03% массы земной коры), поэтому его залежи встречаются в Европе, Азии и Африке. Однако наиболее крупные месторождения располагаются в ЮАР, Казахстане, Российской Федерации, Мадагаскаре и Зимбабве. Менее богаты залежами Армения, Турция, Индия, Бразилия, Филиппины.

На территории нашей страны существуют несколько достаточно крупных месторождений с запасами от 1 до 10 млн. тонн руды:

Сопчеозёрское в Мурманской области.
Аганозерское в Карелии.
Цетральное в Ямало-Ненецком Автономном Округе.
Главное Сарановское и Южно-Сарановское в Пермском крае, Свердловской и Челябинской областях.

Также запасами руд этого минерала располагают Башкортостан, Оренбургская и Читинская области, Ханты-Мансийский АО, Красноярский и Алтайские края, остров Сахалин.

Мировые запасы

15 млрд. тонн – таковы выявленные мировые запасы хромовых руд на территории 47 стран мира. В процентном отношении ресурсы распределены таким образом:

Север ЮАР – 78%.
Актюбинская область Казахстана – 7%.
Зимбабве – 6%.
США – 1,5%.
Гренландия – 1,1%.
Финляндия – 1%.
Индия – 0,9%.

К началу III тысячелетия подтверждённые запасы 300 месторождений в 32 странах мира составляли 4,5 млрд. тонн.

Страны, добывающие хром

Общемировое ежегодное потребление хрома оценивается в 15 млн. тонн. Значительную долю в эту цифру вносят страны, добывающие руды:

закрытым способом: ЮАР, Зимбабве, Турция, Греция;
открытым методом – Бразилия, Финляндия, Мадагаскар, Индия.
комбинированным способом – Филиппины.

Кроме того, в этот список входят такие страны. Казахстан, Китай, Россия. В целом можно отметить, что ситуация на мировом рынке хрома в последнее десятилетие несколько стабилизировалась. А подтверждённых запасов этого природного полезного ископаемого хватит на ближайшие несколько десятков лет.

Кристаллы (99,999%) хрома различной формы, полученные разложением йодида хрома.

Хром — твёрдый металл голубовато-белого цвета. Хром иногда относят к чёрным металлам. Этот металл способен окрашивать соединения в разные цвета, потому и был назван «хром», что означает «краска». Хром – микроэлемент, необходимый для нормального развития и функционирования человеческого организма. Важнейшая его биологическая роль состоит в регуляции углеводного обмена и уровня глюкозы в крови.

Смотрите так же:

СТРУКТУРА

Кристаллическая структура хрома

В зависимости от типов химической связи – как и все металлы хром имеет металлический тип кристаллической решетки, то есть в узлах решетки находятся атому металла.
В зависимости от пространственной симметрии – кубическая, объемно-центрированная а = 0,28839 нм. Особенностью хрома является резкое изменение его физических свойств при температуре около 37°С. Кристаллическая решетка металла состоит из его ионов и подвижных электронов. Аналогично атом хрома в основном состоянии имеет электронную конфигурацию. При 1830 °С возможно превращение в модификацию с гранецентрированной решеткой, а = 3,69Å.

СВОЙСТВА

Хром имеет твердость по шкале Мооса 9, один из самых твердых чистых металлов (уступает только иридию, бериллию, вольфраму и урану). Очень чистый хром достаточно хорошо поддаётся механической обработке. Устойчив на воздухе за счёт пассивирования. По этой же причине не реагирует с серной и азотной кислотами. При 2000 °C сгорает с образованием зелёного оксида хрома(III) Cr₂O₃, обладающего амфотерными свойствами. При нагревании реагирует со многими неметаллами, часто образуя соединения нестехиометрического состава карбиды, бориды, силициды, нитриды и др. Хром образует многочисленные соединения в различных степенях окисления, в основном +2, +3, +6. Хром обладает всеми характерными для металлов свойствами – хорошо проводит тепло, электрический ток, имеет присущий большинству металлов блеск. Является антиферромагнетиком и парамагнетиком, то есть, при температуре 39 °C переходит из парамагнитного состояния в антиферромагнитное (точка Нееля).

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Самые большие месторождения хрома находятся в ЮАР (1 место в мире), Казахстане, России, Зимбабве, Мадагаскаре. Также есть месторождения на территории Турции, Индии, Армении, Бразилии, на Филиппинах.nГлавные месторождения хромовых руд в РФ известны на Урале (Донские и Сарановское). Разведанные запасы в Казахстане составляют свыше 350 миллионов тонн (2 место в мире)Хром встречается в природе в основном в виде хромистого железняка Fe(CrO₂)₂ (хромит железа). Из него получают феррохром восстановлением в электропечах коксом (углеродом). Чтобы получить чистый хром, реакцию ведут следующим образом:
1) сплавляют хромит железа с карбонатом натрия (кальцинированная сода) на воздухе;
2) растворяют хромат натрия и отделяют его от оксида железа;
3) переводят хромат в дихромат, подкисляя раствор и выкристаллизовывая дихромат;
4) получают чистый оксид хрома восстановлением дихромата натрия углём;
5) с помощью алюминотермии получают металлический хром;
6) с помощью электролиза получают электролитический хром из раствора хромового ангидрида в воде, содержащего добавку серной кислоты.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Среднее содержание Хрома в земной коре (кларк) 8,3·10 -3 % . Этот элемент, вероятно, более характерен для мантии Земли, так как ультраосновные породы, которые, как полагают, ближе всего по составу к мантии Земли, обогащены Хромом (2·10 -4 %). Хром образует массивные и вкрапленные руды в ультраосновных горных породах; с ними связано образование крупнейших месторождений Хрома. В основных породах содержание Хрома достигает лишь 2·10 -2 %, в кислых – 2,5·10 -3 %, в осадочных породах (песчаниках) – 3,5·10 -3 %, глинистых сланцах – 9·10 -3 % . Хром – сравнительно слабый водный мигрант; содержание Хрома в морской воде 0,00005 мг/л.
В целом Хром – металл глубинных зон Земли; каменные метеориты (аналоги мантии) тоже обогащены Хромом (2,7·10 -1 %). Известно свыше 20 минералов Хрома. Промышленное значение имеют только хромшпинелиды (до 54% Сr); кроме того, Хром содержится в ряде других минералов, которые нередко сопровождают хромовые руды, но сами не представляют практическое ценности (уваровит, волконскоит, кемерит, фуксит).
Различают три основных минерала хрома: магнохромит (Mg, Fe)Cr₂O₄, хромпикотит (Mg, Fe)(Cr, Al)₂O₄ и алюмохромит (Fe, Mg)(Cr, Al)₂O₄. По внешнему виду они неразличимы, и их неточно называют «хромиты».

ПРИМЕНЕНИЕ

Хром — важный компонент во многих легированных сталях (в частности, нержавеющих), а также и в ряде других сплавов. Добавка хрома существенно повышает твердость и коррозийную стойкость сплавов. Использование Хрома основано на его жаропрочности, твердости и устойчивости против коррозии. Больше всего Хрома применяют для выплавки хромистых сталей. Алюмино- и силикотермический Хром используют для выплавки нихрома, нимоника, других никелевых сплавов и стеллита.
Значительное количество Хрома идет на декоративные коррозионно-стойкие покрытия. Широкое применение получил порошковый Хром в производстве металлокерамических изделий и материалов для сварочных электродов. Хром в виде иона Cr 3+ – примесь в рубине, который используется как драгоценный камень и лазерный материал. Соединениями Хрома протравливают ткани при крашении. Некоторые соли Хрома используются как составная часть дубильных растворов в кожевенной промышленности; PbCrO₄, ZnCrO₄, SrCrO₄ – как художественные краски. Из смеси хромита и магнезита изготовляют хромомагнезитовые огнеупорные изделия.
Используется в качестве износоустойчивых и красивых гальванических покрытий (хромирование).
Хром применяется для производства сплавов: хром-30 и хром-90, незаменимых для производства сопел мощных плазмотронов и в авиакосмической промышленности.

Тяжелые металлы

Тяжелые металлы встречаются в природе и некоторые из них в небольших количествах необходимы для жизнедеятельности растений, животных, человека. Однако, их излишек пагубно влияет на окружающую среду и здоровье человека. Попадая в окружающую среду, те из них, что обладают высокой летучестью как, например, ртуть, переносятся по воздуху, другие, например, свинец и кадмий перемещаются на большие расстояния, перемешиваясь с пылью.

Интересно, что не все тяжелые металлы действительно являются «тяжелыми» в обычном понимании этого слова. Правильнее было бы называть их «токсичными металлами», но исторически сложилось так, что первые из изученных токсичных металлов действительно имели высокий удельный вес – свинец, кадмий и др. Позднее оказалось, что и многие «легкие» металлы обладают токсичностью, например, бериллий и литий, но по сложившейся привычке эту группу металлов продолжают называть «тяжелыми».

Источники загрязнения тяжелыми металлами — предприятия горнодобывающей и черной металлургии, машиностроительные заводы, гальванические цеха. Большой вклад в загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами вносит цветная металлургия. Добыча, обогащение и выплавка цветных металлов и их сплавов наносят урон флоре и фауне прилегающим к промышленным предприятиям территорий.

Выброс отработанных вод в близрасположенные водоемы приводит к многочисленным заболеваниям их обитателей, особенно в тех случаях, когда сточные воды сбрасываются неочищенными, что было распространено в XX веке на территории СССР. Это привело к повышению уровня тяжелых металлов в биосистемах таких водоемов. До сих пор некоторые предприятия в Казахстане выбрасывают в атмосферу технологические газы без надлежащей очистки от пыли, которая является источником распространения тяжёлых металлов — меди, свинца, мышьяка и других вредных элементов. Это приводит к увеличению заболеваемости аллергией и астмой среди жителей близкорасположенных городов и сел.

Однако, не только промышленные предприятия являются источниками загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами. Одним из основных источников выбросов в атмосферу вредного свинца является автотранспорт, работающий на этилированном бензине. Автотранспорт так же является основным источником выбросов других вредных веществ в городах, которые, в зависимости от загруженности городских дорог, составляют здесь 30 — 70 % от общего объема выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.

Представляют опасность для окружающей среды и отработанные автомобильные аккумуляторы, и простые батарейки. Они после использования выбрасываются, их количество на коммунальных свалках исчисляется тысячами тонн. Когда они разлагаются, в почву и подземные воды попадает большое количество марганца, свинца, кадмия, лития и других токсичных металлов.

Кроме того, тяжелые металлы являются естественными примесями, входящими в состав исходного сырья для производства удобрений и пестицидов, и могут попадать в водоемы вместе со стоком с сельскохозяйственных полей и огородов.

В последнее время общественность всего мира уделяет большое внимание прекращению использования свинца в красках. Сегодня существует множество заменителей, которые позволяют сделать краску более безопасной, однако, производители продолжают использовать свинец. Не покупайте свинцовые белила и свинцовый сурик!

Встречаются тяжелые металлы и в товарах народного потребления, в том числе – в детских игрушках, причем, в концентрациях, значительно превышающих допустимые нормы. Так в 2012 году шесть организаций — участниц Международной сети по ликвидации СОЗ (IPEN), работающих в области здравоохранения и охраны окружающей среды в более, чем 100 странах мира, исследовали на токсичность 569 детских товаров, купленных наугад на рынках и в магазинах Армении, Беларуси, Казахстана, Кыргызстана, России и Украины. Товары исследовали на содержание сурьмы, мышьяка, кадмия, хрома, свинца и ртути.

В результате выяснилось, что в 164 из них в опасных концентрациях содержится хотя бы один токсичный элемент из шести. В 75 образцах их было более одного. Свинец был найден в 104 образцах, сурьма – в 75, мышьяк – в 45, ртуть – в 18. Среди опасных предметов оказались мягкие и пластмассовые игрушки, косметика, кружки, бижутерия.

Негативное воздействие тяжелых металлов связано с тем, что они способны «подменять» в организме полезные для жизнедеятельности необходимые металлы и инициировать нежелательные процессы. Например, некоторые металлы способствуют развитию раковых опухолей, кадмий и ртуть оказывают сильное токсическое действие на почки, свинец и ртуть пагубно влияют на нервную систему, кадмий и свинец аккумулируются в мужских половых органах и вызывают их дегенерацию и влияют на способность к деторождению. Кроме того, тяжелые металлы могут влиять на дыхательную и эндокринную систему, не говоря уже об их общетоксическом действии – тяжелое отравление этими веществами может привести к смерти.

Цинк — хрупкий переходный металл голубовато-белого цвета (тускнеет на воздухе, покрываясь тонким слоем оксида цинка).

Цинк является важным элементом человеческого организма.

Еще в древнем Египте применялись мази на основе цинка, которые способствовали быстрому заживлению ран.

Польза цинка проявляется при ежедневной дозе в 5 — 20 мг в сочетании с другими микроэлементами и витаминами.

Вред цинка начинается со значительной передозировки металла в организме - 150 — 600 мг. — уже яд для человека, а 6 г. гарантируют летальный исход.

Основные источники отравления цинком:

Пары цинка образуются на производствах при сварке, резке металла и плавке цинковых спаев.

В быту цинк может попасть в организм из продуктов и воды, которые хранились в цинковой или оцинкованной посуде. Опасность представляют цинковые белила, которые при не соблюдении техники безопасности могут попасть в организм человека, так же белилами могут отравиться маленькие дети, которые так любят все пробовать на вкус.

Грибы способны интенсивно накапливать тяжелые металлы, которые обнаруживаются даже в экологически благоприятной окружающей среде. Можно представить, как влияет на их качество предприятия, транспорт, свалки. Больше всего цинк аккумулируется в белых грибах и сыроежках.

Симптомы отравления:

При ингаляционном отравлении окисью цинка — сладковатый вкус во рту. Спустя 1 — 5 ч. — чувство жажды, стеснения и давящей боли в груди, сухой кашель, сонливость, затем озноб и другие признаки металлической лихорадки.

При оральном отравлении растворимыми солями цинка: металлический вкус во рту, ожог слизистой ротовой полости, пищеварительного тракта, упорная рвота (с примесью крови), боли в животе, понос, судороги в икроножных мышцах.

Имеются указания на канцерогенное действие цинка и его соединений (в эксперименте при различных путях введения высокодисперсной пыли металлического цинка и раствора хлорида цинка через 1,5 — 2 года у животных развивались злокачественные опухоли различной локализации).

Меры предосторожности:

При работе на производстве где есть потенциальная опасность отравления, обязательно соблюдение техники безопасности и использования средств индивидуальной защиты.

В быту: не стоит использовать посуду, в состав которой входит цинк, для долговременного хранения продуктов и воды.

Стоит отказаться от красок и белил, содержащих цинк, тем более в доме, где есть дети.

Что же касается грибов: их потенциальная опасность — не повод совсем от них отказываться, но стоит более тщательно выбирать места их сбора. Чем дальше грибник находится от дорог и производств, тем более безопасны будут грибы.

Хром — твёрдый металл голубовато-белого цвета. Обладает высокой химической стойкостью. Этот элемент является одним из важнейших металлов, используемых в сталелитейной промышленности.

Хром – важный биогенный элемент, непременно входящий в состав тканей растений, животных и человека. Среднее содержание этого элемента в растениях – 0,0005 %.

Во взрослом человеческом организме содержание хрома колеблется от 6 до 12 мг. Причем достаточно точно физиологическая потребность в хроме для человека не установлена. Принято считать, что человеку требуется в сутки примерно 20–300 мкг этого элемента.

Основные источники отравления хромом:

Хром и его соединения (хромовый ангидрид, окись хрома, хромовая кислота и ее соли, дихромат калия, хромовая смесь) применяются во многих отраслях. Например, в химической, керамической, текстильной и спичечной промышленности, в фотографии, производстве фунгицидов, органических красителей, карандашей, а также как дегазирующее средство. Отравление хромом происходит при поступлении хрома в организм через органы дыхания, пищеварительный аппарат и кожу.

Симптомы отравления:

Соединения хрома оказывают раздражающее и прижигающее действие на слизистые оболочки и кожу. При вдыхании паров наблюдаются раздражение слизистых оболочек, головокружение и озноб, тошнота и рвота, боль в желудке и животе, а также анемия.

При попадании внутрь наблюдаются ожоги пищеварительного аппарата, поражение почек и печени (токсическая желтуха).

Возникают астматические приступы, возрастает частота возникновения рака легких. Так как соединения хрома обладают канцерогенным действием.

Меры предосторожности:

На производстве: наличие вытяжных вентиляционных устройств. Обязательное наличие средств индивидуальной защиты (респираторы, противогазы). Смазывание носовых ходов рыбьим жиром либо смесью животного воска с вазелином. Защита кожи рук применением профилактических мазей перед работой. После работы мытье рук 5% раствором натрия тиосульфата или 10% раствором натрия бисульфата. Предварительные и периодические медицинские осмотры

Ртуть – природный химический элемент, металл, находящийся в жидком состоянии в условиях, которые мы называемым нормальными. Ртуть нужна при изготовлении гальванических элементов (химический источник электрического тока, основанный на взаимодействии двух металлов и (или) их оксидов в электролите) измерительных приборов (включая термометры и барометры), ламп освещения (энергосберегающих и других). Этот тяжелый металл используют в стоматологии для изготовления некоторых зубных пломб, в косметологии (в частности, при производстве средств для осветления кожи) и в фармакологии.

Ртуть – относительно редкий элемент. В обнаруженных месторождениях находится лишь 0,02% от всего ее объема. Большая же часть ртути рассеяна, преимущественно, в горных породах.

Содержащаяся в земной коре ртуть высвобождается в окружающую среду в результате вулканической деятельности, выветривания скальных пород и, разумеется, в итоге действий человека. Особенно этому способствует выработка энергии на угольных электростанциях, сжигание угля в домах для обогрева и приготовления пищи (уголь содержит ртуть, которая высвобождается при сжигании). Угольные электростанции, котельные и домашние печи «производят» почти половину выделяемой в воздух ртути. Также ртуть попадает в воздух в ходе различных промышленных процессов, при использовании мусоросжигательных установок и т.д.

Люди могут подвергаться воздействию ртути в любой ее форме в разных обстоятельствах.

По информации Всемирной организации здравоохранения вдыхание паров ртути может оказывать вредное воздействие на нервную, пищеварительную и иммунную системы, легкие и почки и может приводить к смерти. Неорганические соли ртути оказывают коррозийное воздействие на кожу, глаза и желудочно-кишечный тракт и могут приводить к интоксикации почек при проглатывании.

Наиболее ядовита не сама металлическая ртуть, а ее пары.. Наиболее опасное воздействие на организм может произойти при вдыхании паров элементарной ртути во время промышленных процессов, а также при употреблении в пищу загрязненных продуктов (рыбы, моллюсков и др.). Попадая в окружающую среду, ртуть под влиянием бактерий может превращаться в метилртуть, которая, в свою очередь, может аккумулироваться в моллюсках и рыбе и далее по пищевой цепочке передаваться человеку.

Самым чувствительным к воздействию ртути является плод человека – ртуть может оказать воздействие на развитие мозга и нервной системы будущего младенца. У детей, которые в утробе матери подвергались воздействию метилртути, могут быть нарушены когнитивное восприятие, мышление, память, внимание, речь, а также мелкая моторика и визуально-двигательная координация.

Сейчас установлено, что наряду с общетоксическим действием (отравлениями) ртуть и ее соединения вызывают гонадотоксический (воздействие на половые железы), эмбриотоксический (воздействие на зародыши), тератогенный (пороки развития и уродства) и мутагенный (возникновение наследственных изменений) эффекты.

Свинец

Это природный токсичный металл, который встречается в земной коре. Широкое применение данного вещества в промышленности привело к масштабному экологическому загрязнению, а также к негативному воздействию на людей.

Главные источники экологического загрязнения – это добыча, выплавка, промышленное производство, использование продукции, содержащей свинец, переработка вторсырья и размещение отходов. Кроме того, в некоторых странах по-прежнему используется свинцовая краска и этилированный бензин (бензин с антидетонационной присадкой – тетраэтилсвинец).

Также свинец применяется при изготовлении краски, витражей, хрустальной посуды, боеприпасов, ювелирных изделий, игрушек, и, кроме того, в некоторых видах косметики. Может представлять опасность и питьевая вода, поступающая через свинцовые трубы или трубы, соединенные свинцовым припоем. Серьезный вред окружающий среде наносят и оставшиеся без утилизации автомобильные аккумуляторы (они также содержат свинец).

Свинец – это вещество, способное накапливаться в человеческом организме. При попадании свинца в кровоток организм ошибочно принимает его за кальций и допускает к жизненно важным «объектам»: клеткам костного мозга, почек и головного мозга. Со временем он также накапливается в зубах и костях.

Особенно уязвимы перед воздействием свинца дети младшего возраста. Из-за присущей детям любознательности и привычке тянуть руки в рот дети кладут в рот и проглатывают свинцовосодержащие или покрытые свинцом предметы, например загрязненную почву или пыль, отслаивающуюся свинцовую краску. Дети, например, могут отковыривать и съедать свинцовую краску со стен, с дверных косяков и мебели.

По некоторым данным, воздействие свинца в детском возрасте является одним из факторов, вызывающих ежегодно порядка 600 тысяч новых случаев развития у детей нарушений умственной деятельности. Это вещество нарушает функционирование мозга и центральной нервной системы, вызывая кому, судороги и даже смерть. Дети, выжившие после тяжелого отравления свинцом, могут страдать от задержки психического развития и необратимых поведенческих расстройств.

Свинец вызывает долгосрочные последствия у взрослых (в том числе - повышенный риск развития гипертонии и повреждение почек). Влияние высокого уровня свинца на беременных женщин: может вызывать выкидыши, мертворождения, преждевременные роды.

Не существует какого-либо известного уровня воздействия свинца, который считается безопасным. Даже такое незначительное содержание свинца в крови, как 5 мкг/дл, что некогда считалось «безопасным уровнем», может приводить к снижению интеллекта у детей, поведенческим трудностям и проблемам в учебе.

При отравлении свинцом наблюдаются следующие симптомы:

спазматическая боль в животе (как при колике);
запор, снижение аппетита;
повышенная раздражительность;
бледность, вызванная снижением уровня гемоглобина;
задержка роста;
задержка развития;
неспособность надолго удерживать внимание;
судороги.

Всемирная организация здравоохранения называет свинец одним из 10 химических веществ, вызывающих основную обеспокоенность в области общественного здравоохранения.

В 2009 году Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) и Программа ООН по окружающей среде (ЮНЕП) выступили с инициативой создания Глобального альянса по отказу от применения свинца в красках. Задача Альянса – сосредоточить и активизировать усилия для того, чтобы навсегда исключить возможность попадания свинца из красок в организм детей, а также свести к минимуму воздействие данного металла.

Более широкая цель – содействие поэтапному сокращению производства и продажи красок, содержащих свинец, чтобы, в итоге, ликвидировать связанный с ними риск.

Читайте также: