淺談鉻鐵礦在陶瓷行業中的應用

摘 要： 文章闡述了鉻鐵礦的發現和應用于工業生產的歷史現狀，并對鉻鐵礦在陶瓷行業中的應用進行了分析說明。

關鍵詞：鉻鐵礦；陶瓷色料

1鉻鐵礦的發現和分布

鉻元素是法國化學家福克林于1798年發現的。鉻鐵礦石于1799年首次發現于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，那時鉻主要應用在化學工業上。1827年在美國的馬里蘭州發現鉻鐵礦之后，在賓夕法尼亞州和弗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余個國家和地區發現了鉻鐵礦，總儲量達37億噸，產量達1000萬噸以上。

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，但并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。我國鉻鐵礦資源的真正突破是在新疆和西藏發現鉻鐵礦之后。新疆開展鉻鐵礦工作是在50年代后期，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、磁力和鉆探方法找到了鯨魚鉻鐵礦。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，并使西藏成了鉻鐵礦的主要產地。

近幾年，鉻鐵礦大量應用于陶瓷色料行業，過去陶瓷坯體黑色料一般都是采用鐵紅加氧化鉻綠來生產的，由于陶瓷廠家和市場需求的改變，追求高性價比的色料產品成為市場的共識，通過引進鉻鐵礦代替氧化鉻綠生產陶瓷坯用黑色和咖啡色料，具有很好的經濟效益和社會效益。

2 鉻鐵礦的特性及開采狀況

2.1鉻鐵礦的特性

鉻鐵礦是鉻和鐵的氧化物礦物，它相當堅硬，黑色半金屬光澤，硬度為5.5~6.5，比重：4.3~4.8g/cm3；不透明，無解理，具弱磁性，含鐵量高者磁性較強。鉻鐵礦一般呈塊狀或粒狀的集合體，是金屬鉻的主要來源，也可用于高溫耐火材料。

2.2鉻鐵礦的分類

在自然界中目前已發現的含鉻礦物約有５０余種，分別屬于氧化物類、鉻酸鹽類和硅酸鹽類，此外還有少數氫氧化物、碘酸鹽、氮化物和硫化物。具有工業價值的鉻礦物都屬于鉻尖晶石類礦物，其Ｃｒ２Ｏ３含量為１８％～６２％。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：

（1） 鉻鐵礦，化學成分為（Ｍｇ、Ｆｅ）Ｃｒ２Ｏ４，介于亞鐵鉻鐵礦（ＦｅＣｒ２Ｏ４）與鎂鉻鐵礦（ＭｇＣｒ２Ｏ４）之間，通常有人將亞鐵鉻鐵礦和鎂鉻鐵礦也稱為鉻鐵礦。

（2） 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Ｃｒ２Ｏ３ ３２％～３８％。其形態、物理性質、成因、產狀及用途與鉻鐵礦相同。

（3） 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。

2.3鉻鐵礦的地理分布和開采現狀

目前，中國已查明的56個鉻鐵礦區分布于全國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％。其余北京、青海、河北、吉林、湖北、陜西、山西、四川、云南等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％。華東區目前尚未查明有鉻鐵礦儲量。

鉻鐵礦的探明儲量增長很快，1957年累計探明儲量只有18.1萬噸，到1965年增長到223.3萬噸，1985年為1190.7萬噸，至1996年達到1314.9萬噸。鉻鐵礦資源總量為4400萬噸，資源潛力為3100萬噸。

1995年世界鉻鐵礦儲量為37億噸，儲量基礎為74億噸，主要集中在南非（儲量30億噸、儲量基礎55億噸）、津巴布韋（儲量1.4億噸、儲量基礎9.3億噸）、哈薩克斯坦（儲量3.2億噸、儲量基礎3.2億噸）、俄羅斯（儲量400萬噸、儲量基礎4.6億噸），其他儲量比較多的國家還有芬蘭、印度、巴西、土耳其等。

3 鉻鐵礦的應用

3.1鉻鐵礦在陶瓷行業中的應用

3.1鉻鐵礦在陶瓷黑色顏料中的應用

目前，鉻鐵礦在陶瓷行業中主要應用于陶瓷坯體黑色料的生產。陶瓷坯用色料主要使用黑、黃、咖啡三種中色調，陶瓷坯用黑色料占坯體色料市場的35%以上。保守估計，佛山本地陶瓷廠家每年消費的坯體黑色料在6萬噸以上。因此，使用鉻鐵礦代替氧化鉻綠進行坯體黑色料的生產十分有必要。

目前，市場中含鉻量99%的氧化鉻綠價格在3.8萬元/噸，含鉻45%左右的鉻鐵礦價格在4000元/噸左右，通過優化產品配方和選擇合適的礦化劑，可以生產出具有高性價比的陶瓷坯體黑色料產品。

本文做了表1所示的對比試驗，實驗數據表明，通過優化配方和選用合適的礦化劑，選用鉻鐵礦粉代替氧化鉻綠同樣可以生產出合格的坯體黑色料。鉻鐵礦的鉻含量越高，生產出來的產品高溫穩定性越好，同時在進行生料混合前需要嚴格控制鉻鐵礦粉的產品細度，要求325目篩余小于1%。

3.1.2鉻鐵礦在陶瓷咖啡色料中的應用

目前，市場上的坯體咖啡色料基本上都是采用鉻鐵礦和鐵紅混合煅燒生產出來的，較之前幾年的配方有很大的改進。在2004年之前，大部分的坯體咖啡色料產品還是采用鈦-鐵-鉻結構類型，這種結構類型的產品耐高溫，發色中帶有黃調味。但是由于鉻綠和鈦白粉成本較高，后期進行了新配方的嘗試，于是發展出鐵-鋁-鉻結構類型的咖啡色產品。隨著市場對色料性價比的要求越來越高，加之色料企業之間競爭的白熱化，咖啡色料產品開始大量采用鉻鐵礦為原料進行生產。這類產品具有十分明顯的性價比優勢，被陶瓷坯體市場大量采用，開發出一系列的咖啡色地板磚。表2是三代咖啡色料產品的結構和成本對比。

鉻鐵礦應用于咖啡色料，主要分為兩種情況：

（1） 直接對鉻鐵礦粉進行一定的工藝處理，煅燒后加細就是成品。這類產品波動較大，會隨著鉻鐵礦的材料變化而波動，但是價格十分便宜；

（2） 根據鉻鐵礦的成分進行相應的配方調整，加入氧化鐵紅和其他小料，進行煅燒后需要經過二次調和。這類產品發色穩定，品質可以得到保證，通常高溫和化學性能均好于前者。

3.2鉻鐵礦在其他行業中的應用

鉻是重要的戰略物資之一，由于它具有質硬、耐磨、耐高溫、抗腐蝕等特性，在冶金工業、耐火材料和化學工業中得到了廣泛的應用。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加入，可生產多種高強度、抗腐蝕、耐磨、耐高溫、耐氧化的特種鋼，如不銹鋼、耐酸鋼、耐熱鋼、滾珠軸承鋼、彈簧鋼、工具鋼等。

金屬鉻主要用于與鈷、鎳、鎢等元素冶煉特種合金。這些特種鋼和特種合金是航空、宇航、汽車、造船，以及國防工業生產槍炮、導彈、火箭、艦艇等不可缺少的材料。

在耐火材料上，鉻鐵礦用來制造鉻磚、鉻鎂磚和其他特殊耐火材料。鉻鐵礦在化學工業上主要用來生產重鉻酸鈉，進而制取其他鉻化合物，用于顏料、紡織、電鍍、制革等工業，還可制作催化劑和觸媒劑等。

4鉻鐵礦的市場供需情況

鉻鐵礦主要用于不銹鋼的生產中，據中國特鋼協會不銹鋼分會公布，2010年全球不銹鋼產量3070萬噸，2010年我國不銹鋼煉鋼量達1130萬噸，較上年增長27.8%。目前國內鉻鐵礦的價格在9200~9300元/噸(高鉻），用于陶瓷色料生產的低鉻鉻鐵礦粉價格在3500~4500元/噸之間，較之2009年前上浮15%以上。

鉻鐵礦在陶瓷行業的應用始于2007年前后，先是由技術人員在實驗室中成功開發出以鉻鐵礦為主要成分的坯體黑色和咖啡色料，并于近年開始規模化生產。據不完全統計，目前我國陶瓷色料行業每年使用鉻鐵礦的數量在12~14萬噸左右，其中佛山地區的陶瓷色料企業的使用量在7~8萬噸/年。 近年來鉻鐵礦在陶瓷行業中的使用量和價格情況見表3。

另外，國外進口的鉻鐵礦產品品質一般好于國內北方礦區所生產的產品，具體表現在含鉻較高、雜質相對較少，生產出來的色料產品高溫穩定性也較好。國內生產的鉻鐵礦一般含硫較高，生產時煙霧較大，生產出來的色料產品pH值偏向酸性，在陶瓷泥漿中很容易產生絮凝現象，導致漿池結膠，影響生產和陶瓷磚坯的熱穩定性。

據有關部門預測，到2020年，我國鉻鐵礦產量將僅為10萬噸左右，屆時需求量將達到440萬噸，供需缺口約430萬噸，進口依存度約98%。而陶瓷行業對鉻鐵礦的需求將保持一定的穩定增長，由于進口鉻鐵礦的價格不斷上漲，陶瓷行業對鉻鐵礦的需求會轉向國內礦區生產的低鉻產品。

參考文獻

［1］ 鉻鐵礦行業分析報告，http://wenku.baidu.com

［2］ 新華網，http://www.xinhuanet.com

［3］ 中國金屬新聞網，http://www.metalnews.cn