铬铁矿

铬铁矿(英文名:Chromite),是提炼铬的主要矿物原料,立方晶系,是六八面体晶类,单晶体为八面体,呈粒状或块状集合体。其化学成分为FeCr₂O₄。在工业上,通常把铬铁、铬尖晶石、富铬尖晶石、硬铬尖晶石等类似矿物,统称为铬铁矿。世界上主要的铬铁矿产地有南非、哈萨克斯坦、土耳其、印度、菲律宾、津巴布韦、马达加斯加、巴基斯坦、俄罗斯等。铬铁矿常产在超基性岩橄榄岩中,与橄榄石蛇纹石辉石共生。由于铬铁矿化学性质稳定,比重较大,也常成碎块分布在山坡上和河流中。

1799年,铬铁矿石首次发现于俄罗斯的乌拉尔山区。从20世纪50年代起,鉴于国家对铬矿资源的迫切需求,中国开展了大规模的地质勘查和科学研究工作。1958年,新疆在进行放射性测量时发现了萨尔托海铬铁矿。1959至1964年,勘探人员又用重力、磁力和钻探方法找到了鲸目铬铁矿。到2011年,世界上已有40余个国家和地区发现了铬铁矿,总储量达37亿吨,产量达1000万吨以上。2026年1月,中国地质调查局联合新疆维吾尔自治区自然资源厅在新疆萨尔托海南矿带覆盖区发现“萨尔托海27矿群”,共圈定铬铁矿体20个,平均品位达30.73%。

铬铁矿颜色为暗褐色到黑色,褐色条痕,半金属光泽、不透明,无解理,参差断口或平坦断口,硬度5.5~6.5,相对密度4.3~4.8,性脆,具弱磁性,含铁量高者磁性较强。由于广泛存在类质同象置换,它的分子式和分子量常不固定。根据产出形态的不同主要分为层状铬铁矿和豆荚状铬铁矿;按使用要求一般分为高铬铬铁矿、高铁铬铁矿、高铝铬铁矿。铬铁矿是战略性关键金属矿产资源,在冶金工业、耐火材料和化学工业等领域中得到了广泛的应用。

主要特性

化学组成

铬的特性

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。

化学成分

铬铁矿化学成分为FeCr₂O₄,广泛存在Cr₂O₃、Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO、MgO五种基本组分的类质同象置换。其中三氧化二铬(Cr₂O₃)含量18%~62%。但铬铁矿内的Cr³⁺,常被Al³⁺偶而被Fe³⁺所置换,部分Fe²⁺又会被Mg²⁺所置换。因此,铬铁矿的分子式和分子量常不固定。

物理特性

铬铁矿颜色为暗褐色到黑色,褐色条痕,半金属光泽、不透明,无解理,参差断口或平坦断口,硬度5.5~6.5,相对密度4.3~4.8,性脆,具弱磁性,含铁量高者磁性较强。

铬铁矿在显微镜下特征光学性质为均质体;N=2.08,暗棕色。在氧化焰黄绿色、还原焰翠绿色。

结构特性

晶体结构

立方晶系,Oₕ⁷-Fd3m;晶胞参数:a₀=0.8325~0.8344nm;Z=8。玫瑰晶谱线:2.52(1)、1.46(0.9)、1.6(0.9)。正尖晶石型结构。

晶体形态

六八面体晶类,Oₕ-m3m(3L⁴4L³6L²9PC)。单晶体为八面体。呈粒状或块状集合体。

形成环境

铬铁矿常产在超基性岩橄榄岩中,与橄榄石蛇纹石辉石共生。由于铬铁矿化学性质稳定,比重较大,也常成碎块分布在山坡上和河流中。

分布区域

据美国地质调查局(2020)数据,全球铬铁矿资源量达到120亿吨,但分布相对集中,主要在南非津巴布韦、哈萨克斯坦、俄罗斯芬兰阿尔巴尼亚印度土耳其等国,是全球铬铁矿的主要供应国。其中南非资源量最大,为55亿吨,约占全球铬资源总量的近一半。中国铬铁矿资源量匮乏,且主要分布在西藏自治区、新疆、内蒙古自治区等地,较为出名的为西藏罗布莎铬铁矿、新疆萨尔托海铬铁矿。

国际

世界上主要的铬铁矿产地有南非、哈萨克斯坦、土耳其、印度、菲律宾、津巴布韦、马达加斯加巴基斯坦、芬兰、古巴、俄罗斯、希腊南斯拉夫社会主义联邦共和国、阿尔巴尼亚等地。各地铬铁矿质量并不相同,南非德兰士瓦省印度土耳其俄罗斯和南斯拉夫所产铬铁矿的含量较高,而希腊、古巴、菲律宾所产铬铁矿的含量稍低,波动在30%~40%之间。到2011年,世界上已有40余个国家和地区发现了铬铁矿,总储量达37亿吨,产量达1000万吨以上。

中国

铬铁矿在中国的西藏自治区甘肃省陕西省、新疆、吉林省等地有产。截至2008年,中国已查明的56个铬铁矿区分布于13个省、市、自治区。其中以西藏为最多,保有储量425.1万吨,占全国总保有储量的39.4%。其次是内蒙古自治区,保有储量174.4万吨,占16.5%;新疆,保有储量165.2万吨,占15.3%;甘肃,保有储量149.6万吨,占13.9%。以上4个省(区)保有储量合计为914.3万吨,占全国总保有储量的84.8%。其余北京、青海省河北省、吉林、湖北、陕西省山西省四川省云南省等9个省(市、自治区)保有储量合计只有163.6万吨,仅占全国总保有储量的15.2%。按行政区看,主要集中在西南区(426.3万吨,占39.6%)、西北区(370.6万吨,占34.4%)、华北区(274.9万吨,占25.5%),而东北和中南两行政区只占0.5%,华东区尚未查明有铬铁矿储量。

应用领域

铬铁矿是战略性关键金属矿产资源,是关键的主要来源。它是提取铬、铁的矿物原料。由于铬具有质硬、耐磨、耐高温、抗腐蚀等特性,在冶金工业、耐火材料和化学工业等领域中得到了广泛的应用。

冶金工业

铬铁矿主要用来生产铬铁合金和金属铬。铬铁合金作为钢的添加料加入,可生产多种高强度、抗腐蚀、耐磨、耐高温、耐氧化的特种钢,如不锈钢耐酸钢耐热钢、滚珠轴承钢、弹簧钢、工具钢等。金属铬主要用于与钴、镍、钨等元素冶炼特种合金。这些特种钢和特种合金是航空、宇航、汽车、造船,以及国防工业生产枪炮、导弹、火箭、舰艇等不可缺少的材料。

耐火材料

铬铁矿用来制造铬砖、铬镁砖和其他特殊耐火材料。

化学工业

铬铁矿在化学工业上主要用来生产重铬酸钠,进而制取其他铬化合物,用于颜料、纺织、电镀、制革等工业,还可制作催化剂和触媒剂等。

陶瓷行业

铬铁矿主要应用于陶瓷坯体黑色料的生产。陶瓷坯用色料主要使用黑、黄、咖啡三种中色调,陶瓷坯用黑色料占坯体色料市场的35%以上。

冶炼

铬铁是铬和铁组成的铁合金,是炼钢的重要合金添加剂。冶炼铬铁用的铬铁矿一般要求含Cr₂O₃在40~50%,铬与铁比值大于2.8。大量生产的含铬50%的“装料级铬铁”,用含Cr₂O₃和铬与铁比值较低的矿石

粗炼

铬铁按不同含碳量分为碳素铬铁(包括装料级铬铁)、中碳铬铁、低碳铬铁、微碳铬铁等。常用的还有硅铬合金、氮化铬铁等。铬铁主要用作炼钢的合金添加剂,过去都在炼钢的精炼后期加入。冶炼不锈钢等低碳钢种,必须使用低、微碳铬铁,因而精炼铬铁生产一度得到较大规模的发展。由于炼钢工艺的改进,用AOD法等生产不锈钢等钢种时,用碳素铬铁(主要是装料级铬铁)装炉,因而只需在后期加低、微碳铬铁调整成分,所以铬铁生产重点是炼制碳素铬铁。

碳素铬铁用还原电炉冶炼,采用焦炭作还原剂硅石铝矾土熔剂。炉渣成分一般为SiO₂27~33%,MgO30~34%,Al₂O₃26~30%,Cr₂O₃<9.0%。由于形成碳化铬,产品含碳4~9%。现代冶炼铬铁的还原电炉容量为10000~48000千伏安,一般采用封闭固定式,冶炼电耗3000~4000千瓦时/吨。冶炼硅铬合金的电炉与铬铁还原电炉相似,冶炼方法有一步法和二步法两种。一步法用铬铁矿、硅石、焦炭配加熔剂冶炼。二步法采用碳素铬铁、硅石、焦炭作原料进行无渣法冶炼,冶炼过程大体与硅铁生产相仿。冶炼电耗每吨3000~4000千瓦时左右。

精炼

中、低、微碳铬铁一般以硅铬合金、铬铁矿和生石灰为原料,用1500~6000千伏安电炉精炼脱硅,采用高碱度炉渣操作(CaO/SiO₂为1.6~1.8)。低、微碳铬铁还大规模地采用热兑法进行生产。生产时用两台电炉,一炉冶炼硅铬合金,一炉熔化由铬矿和石灰组成的熔渣。精炼反应分两个阶段在两个盛桶内进行:①熔渣炉的熔渣注入第一盛桶后,把另一盛桶中已经初步脱硅的硅铬合金兑入,由于熔渣氧化剂过剩量很大,脱硅充分,可获得含硅低于0.8%、含碳低达0.02%的微碳铬铁。②第一盛桶内反应后的熔渣(含Cr₂O₃约15%)移至第二个盛桶后,把硅铬电炉炼就的硅铬合金(含硅45%)热兑入渣内,反应后得到初步脱硅的硅铬合金(含硅约25%),兑入第一盛桶进一步脱硅,熔渣含Cr₂O₃低于2~3%可抛弃。

吹氧法精炼中、低碳铬铁,用液态碳素铬铁做原料,吹炼时向熔池中加入少量生石灰萤石造渣,出铁前加硅铬合金硅铁以回收渣中的铬。微碳铬铁的吹炼则在一定真空度下才有可能。

真空固态脱碳法精炼,用磨细的高碳铬铁为原料,其中磨细的高碳铬铁的一部分经氧化焙烧作氧化剂,配加水玻璃或其他粘合剂,压成团块,经低温干燥后,在车底式真空炉内,于真空度0.5~10毫米汞柱、温度1300~1400℃下加热还原35~50小时,可得到含碳低于0.03%甚至低于0.01%的微碳铬铁。

铬通过中间介质:铬铁合金的熔合进入铁,钢材和许多超合金里。方法是用碳和/或硅在高温的电弧熔炉里通过火法冶金还原铬铁矿石。铬铁合金本质上是铁和铬的一种合金并人为地加入相当量的碳和硅。

历史

国际

1798年,法国化学家福克林发现了。1799年,铬铁矿石首次发现于俄罗斯乌拉尔山区,该矿的发现与开发成为18世纪世界铬铁矿的主要供应来源,那时铬主要应用在化学工业上。

1827年,在美国的马里兰州发现铬铁矿之后,在宾夕法尼亚州弗吉尼亚又相继发现了铬铁矿,从而使美国成了当时世界铬铁矿有限的供给国之一。1860年,土耳其发现了一个大矿床,供给国际市场。直到1906年印度和罗得西亚发现铬矿为止,土耳其一直是铬铁矿供应的主要来源。

中国

1949年以前,中国虽然在吉林市宁夏回族自治区河北省等地发现过一些铬铁矿的线索,但并没有做过深入的调查和研究,全国仅知有2个矿点,一为吉林开山屯镇,一为宁夏小松山。从20世纪50年代起,鉴于国家对铬矿资源的迫切需求,中国开展了大规模的地质勘查和科学研究工作。1958年,新疆在进行放射性测量时发现了萨尔托海铬铁矿。1959至1964年,勘探人员又用重力、磁力和钻探方法找到了鲸目铬铁矿。西藏自治区铬铁矿是在20世纪50年代末、60年代初发现的,经过多年工作,探明了最大的铬铁矿矿床——罗布莎铬铁矿,并使西藏成了铬铁矿的主要产地。

1970年,鲸鱼矿山建成投产,这是当时唯一正规建井开拓的铬铁矿矿山。截止1980年底,探明铬资源量1053.1万吨,涵盖勘查区49处,结束了中国无铬铁矿的历史。

20世纪80年代后,铬铁矿勘查资金逐年减少,找矿规模不断缩小,资源量增加缓慢。随着国民经济的快速发展,尤其是钢铁工业发展进入“快车道”,铬钢消耗量剧增,中国每年需要进口大量的铬铁矿,进口逐年增加,对外依存度高达90%以上。根据2012年《中国矿产资源报告》,2011年全国探明铬铁矿资源储量1161.1万吨,比1980年仅增加108万吨,刚好相当于中国铬铁矿年消耗量,资源紧缺程度更加突出。

2026年1月,中国地质调查局联合新疆维吾尔自治区自然资源厅,在新疆萨尔托海南矿带覆盖区发现“萨尔托海27矿群”,共圈定矿体20个,平均品位达30.73%。项目团队首次建立“岩相分带+蚀变分带+构造”三位一体的综合找矿标志组合,并创新应用“物探多方法多尺度微弱异常信号提取”技术,提升了深部隐伏矿体的识别能力;并首次确认底部碳酸根超基性岩也是重要的赋矿岩相,拓展了区域找矿空间,为后续勘查部署提供了新方向。

分类及等级

分类

按产出形态

根据产出形态的不同,铬铁矿主要分为两大类:“层状铬铁矿”与“豆荚状铬铁矿”。

层状铬铁矿:表现为铬铁矿层与围岩岩层的规律性互层堆叠。这类矿床矿石类型以块状和浸染状为主,品位较高。层状铬铁矿的岩体规模通常非常巨大,如南非的布什维尔德杂岩体、津巴布韦的大岩墙、芬兰凯米杂岩体等。总体而言,层状铬铁矿的资源量非常巨大,约占全球铬铁矿总资源量的75%。

豆荚状铬铁矿:以不规则的形态(如豆荚状、透镜状等)产于显生宙蛇绿岩型镁铁—超镁铁质岩带中。豆荚状铬铁矿体的规模通常较小,矿石结构多样,围岩多为纯橄岩,部分可直接与二辉橄榄岩或方辉橄榄岩接触。豆荚状铬铁矿是中国铬铁矿找矿的主攻矿床。

按使用要求

铬铁矿在市场上按使用要求一般分为3类:

(1)高铬铬铁矿(冶金用),含Cr₂O₃48%以上,Cr₂O₃/FeO比值大。

(2)高铁铬铁矿(化工用),含Cr₂O₃50%以上,含SiO₂、Al₂O₃少。

(3)高铝铬铁矿(耐火材料用),含Cr₂O₃30%~35%,含Al₂O₃、MgO多。耐火材料用的铬矿的矿物组成中含MgO・Cr₂O₃、MgO・Al₂O₃多,含FeO・Cr₂O₃及FeO・Fe₂O₃少者为好。辉绿岩铸石用铬矿含Cr₂O₃10%~20%、SiO₂<10%。

等级划分

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:

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,金属铬含铬可达98%以上,工业指标如下:

耐火级工业要求

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。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。

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≥2~2.5,SiO₂少量。

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%。

相关知识

中国矿产资源特点

(1)矿床规模小,分布零散。中国尚未发现有储量大于500万吨的大型铬铁矿床,储量超过100万吨的中型矿床也只有4个,它们是西藏自治区的罗布莎、甘肃省的大道尔吉、新疆的萨尔托海、内蒙古自治区的贺根山矿。其余均为储量在100万吨以下的小型矿床。就是储量最大的罗布莎矿床,396万吨,储量分布在7个矿群100多个矿体中,最大的矿体长只有325米。

(2)分布区域不均衡,开发利用条件差。中国铬铁矿矿床保有储量的84.8%分布在西藏、新疆、甘肃、内蒙古这些边远省(区),运输线长,交通不便。

(3)贫矿与富矿储量大体各占一半。现保有储量中,贫矿占46.3%(499.3万吨)、富矿占53.7%(578.6万吨)。富矿主要分布在西藏自治区和新疆,分别占富矿总量的73.5%和13.8%。从用途来看,冶金级储量占总储量的37.4%、化工级储量占38.4%,耐火级储量占24.2%。

(4)露采矿少,小而易采的富铬铁矿都已采完。中国铬铁矿储量中适合单独露采的只有6%左右,绝大部分需要坑采。一些小而富且开采容易的铬铁矿都已采完,像新疆的鲸目和西藏的东巧铬铁矿,分别在1983年和1982年闭坑,前者采出铬铁矿31万吨,后者采出了17.63万吨。

(5)矿床成因类型单一。中国已知的铬铁矿矿床主要为岩浆晚期矿床。而世界上一些著名的具有层状特征的大型、特大型岩浆早期分凝矿床在中国尚未发现。

市场供求情况

截至2008年,全球85%的铬铁矿用于冶金工业、8%用于化学工业、7%用于耐火材料工业。铬铁矿最大的消费领域是生产铬铁合金。受全球不锈钢需求快速增长的影响,世界铬铁市场也出现了供不应求的局面。2003年世界铬铁消费量540万吨,铬铁供应量525万吨,供应缺口15万吨。2004年铬铁需求量为560万吨,铬铁供应量为545万吨,供应缺口仍然是15万吨。

亚洲是全球不锈钢需求快速增长最快的地区,中国在亚洲不锈钢市场扮演十分重要的需求角色,中国自1999年以来一直是不锈钢及铬铁矿需求大户。1999年,中国需求量为153万吨,2003年到达420万吨,2004年突破500万吨,这期间年表观消费量平均增长率为34.6%。自2000年以来,中国每年从印度伊朗巴基斯坦越南等国进口铬铁矿100万吨以上。受国际铬铁市场需求的影响,从2005年开始,中国最大的铬铁矿供应商印度大幅削减了对华出口。

其他铬矿石

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,其Cr₂O₃含量一般都在30%以上,除铬铁矿外,常见的还有:

富铬类晶石

又称铬铁尖晶石或铝铬铁矿。化学成分为,含32%~38%。其形态、物理性质、成因、产状及用途与铬铁矿相同。

硬铬尖晶石

化学成分为,含32%~50%。其形态、物理性质、成因、产状及用途也与铬铁矿相同。

参考资料

铬铁矿:隐藏在地球深处的“工业脊梁”.中国地质调查局乌鲁木齐自然资源综合调查中心.2026-01-17

我国铬铁矿找矿有新突破,平均品味超30%.光明科技.2026-01-17