chromium[金屬元素鉻]:鉻（chromium）元素符號Cr，銀白 -百科知識中文網

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筆順編號：31115354251 四角號碼：87764 Unicode:CJK 統一漢字 U+94EC

基本字義

一種金屬元素，符號Cr，質硬而脆，抗腐蝕性強。用於電鍍和製造特種鋼。詳細字義

〈名〉

一種藍白色多價金屬元素，原子序數24，通常製得的鉻，質硬且脆，抗腐蝕，只以化合狀態存在。主要以鉻鐵礦形式存在，用鋁熱法、矽熱法或電解法將它從礦石中分離出，主要用於合金（如供鉻鋼用的鉻鐵合金或如鎳鉻電阻合金）及電鍍（如汽車減震器和內部裝璜以及切削工具） [chromium]——元素符號Cr [1]

用途分布

元素來源

自然界中主要以鉻鐵礦Fe（CrO2)2形式存在。由氧化鉻用鋁還原，或由鉻氨礬或鉻酸經電解製得。

元素用途

主要用來製造不鏽鋼和其他耐高溫耐腐蝕的合金。

元素分布

按照在地殼中的含量，鉻屬於分布較廣的元素之一。它比在它以前發現的鈷、鎳、鉬、鎢都多。這可能是由於鉻的天然化合物很穩定，不易溶於水，還原比較困難。有人認為沃克蘭取得的金屬鉻可能是鉻的碳化物。自然界不存在游離狀態的鉻，主要含鉻礦石是鉻鐵礦（Chromite， (Fe,Mg)Cr2O4）。Cr的礦物有鉻鐵礦FeCr2O4(FeO·Cr2O3）、其次是鉻鉛礦PbCrO4、鉻鍺石礦Cr2O3。豐度為0.0083%。在地殼中的含量為0.01%，居第17位。

元素性質

物理化學性質

鉻（Chromium）是一種具有銀白色光澤的金屬，無臭、無味，無毒，化學性質很穩定，有延展性，含雜質時硬而脆。熔點1857±20℃，沸點2672°C，密度單晶為7.22克/厘米3，多晶為7.14克/厘米3。它的化學符號是Cr，原子序數24，在6族元素中排行首位，原子量51.9961，化合價+2、+3和+6。電離能為6.766電子伏特。鉻的名稱來自希臘文Chroma，意為顏色。因為這種元素以多種不同顏色的化合物存在，故被稱為“多彩的元素”。金屬鉻在酸中一般以表面鈍化為其特徵。一旦去鈍化後，即易溶解於幾乎所有的無機酸中，但不溶於硝酸。鉻在硫酸中是可溶的，而在硝酸中則不易溶。在高溫下被水蒸氣所氧化，在1000℃下被一氧化碳所氧化。在高溫下，鉻與氮起反應並為熔融的鹼金屬所侵蝕。可溶於強鹼溶液。鉻具有很高的耐腐蝕性，在空氣中，即便是在赤熱的狀態下，氧化也很慢。不溶於水。[2]

Cr的價電子構型為（n-1)d5ns1，6個電子都可以參加成鍵，具有多種氧化態。

Cr+2HCl（稀）===CrCl2（藍色）+H2↑

4CrCl2（藍色）+4HCl+O2（空氣）===4CrCl3（綠色）+2H2O

Cr與濃硫酸生成三價鹽，但不溶於濃硝酸（鈍化），鉻可形成保護膜。

元素名稱：鉻 [漢語拼音為 gè]英文名稱：Chromium

元素符號：Cr

元素原子量：51.9961

元素類型：金屬元素

原子體積：（立方厘米/摩爾）7.23

元素在太陽中的含量：（ppm)20

元素在海水中的含量：（ppm）太平洋表面 0.00015

地殼中含量：（ppm）100

質子數：24

中子數：28

原子序數：24

所屬周期：3

所屬族數：ⅥB

電子層分布：2-8-13-1

晶體結構：晶胞為體心立方晶胞，每個晶胞含有2個金屬原子。

氧化態：MainCr+3

OtherCr-2,Cr-1,Cr0,Cr+1,Cr+2,Cr+4,Cr+5,Cr+6

電負性：1.66

外圍電子排布：3d5 4s1

核外電子排布：2,8,13,1

同位素及放射線： Cr-49[42.3m] Cr-50 Cr-51[27.7d] *Cr-52 Cr-53 Cr-54

電子親合和能：0 KJ·mol-1

單質密度：7.19 g/cm3

單質熔點：1857.0 ℃

單質沸點：2672.0 ℃

原子半徑：1.85 埃離子半徑：0.62(+3) 埃

共價半徑：1.18 埃

晶胞參數：

a = 291 pm

b = 291 pm

c = 291 pm

α = 90°

β = 90°

γ = 90°

莫氏硬度：9

電離能 (kJ /mol)

M - M+ 652.7

M+ - M2+ 1592

M2+ - M3+ 2987

M3+ - M4+ 4740

M4+ - M5+ 6690

M5+ - M6+ 8738

M6+ - M7+ 15550

M7+ - M8+ 17830

M8+ - M9+ 20220

M9+ - M10+ 23580

聲音在其中的傳播速率：（m/S）5940

常見化合物

常見氧化態：+Ⅱ、+Ⅲ、+Ⅵ。

Cr(+Ⅱ）：Cr(H2O)62+，藍色，還原劑。

Cr(+Ⅲ）：Cr(H2O)63+，紫色，最穩定也最重要的氧化態。

呈氧化還原惰性。

不鏽鋼中便含有12%以上的鉻。常見的鉻化合物有六價的鉻酐、重鉻酸鉀、重鉻酸鈉、鉻酸鉀、鉻酸鈉等；三價的三氧化二鉻（鉻綠、CR2O3）；二價的氧化亞鉻。鉻的化合物中以六價鉻毒性最強，三價鉻次之。

常見用途

鉻為不活潑性金屬，在常溫下對氧和濕氣都是穩定的，但和氟反應生成CrF3。溫度高於600℃時鉻和水、氮、碳、硫反應生成相應的Cr2O3，Cr2N和CrN,Cr7C3和Cr3C2,C r2S3。鉻和氧反應時開始較快，當表面生成氧化薄膜之後速度急劇減慢；加熱到1200℃時，氧化薄膜破壞，氧化速度重新加快，到2000℃時鉻在氧中燃燒生成Cr2O3。鉻很容易和稀鹽酸或稀硫酸反應，生成氯化物或硫酸鹽，同時放出氫氣。

由於鉻合金性脆，作為金屬材料使用還在研究中，鉻主要以鐵合金（如鉻鐵）形式用於生產不鏽鋼及各種合金鋼。金屬鉻用作鋁合金、鈷合金、鈦合金及高溫合金、電阻發熱合金等的添加劑。氧化鉻用作耐光、耐熱的塗料，也可用作磨料，玻璃、陶瓷的著色劑，化學合成的催化劑。鉻礬、重鉻酸鹽用作皮革的鞣料，織物染色的媒染劑、浸漬劑及各種顏料。鍍鉻和滲鉻可使鋼鐵和銅、鋁等金屬形成抗腐蝕的表層，並且光亮美觀，大量用於家具、汽車、建築等工業。此外，鉻礦石還大量用於製作耐火材料。

1978年世界金屬鉻生產能力為：電解法6000噸，鋁熱法4300噸。日本1978年生產金屬鉻2884噸，1977年的消費分配為：高溫合金40%，鋁合金31%，焊條25%。1981年倫敦市場純度大於99%的塊狀鉻的價格為4050～4250鎊/噸。鋼鐵工業中廣泛套用的鉻鐵合金和矽鉻合金是用電爐冶煉的。金屬鉻生產則採用金屬熱還原（鋁熱）法及電解法。

發現過程

1797年，法國的沃克蘭，從紅鉛礦和鹽酸反應的產物里，提出三氧化鉻，並用木炭和鉻酐共熱，得到金屬鉻粉。早在1766年，在俄羅斯聖彼得堡任化學教授的德國的列曼曾經分析了它，確定其中含有鉛。1798年沃克蘭給他找到的這種灰色針狀金屬命名為chrom，來自希臘文chroma（顏色）。由此得到鉻的拉丁名稱chromium和元素符號Cr。差不多在同一個時期里，克拉普羅特也從鉻鉛礦中獨立發現了鉻。

製取生產

氧化鉻製取

鉻鐵礦磨細至160～200目，配加純鹼和白雲石，於1050～1150℃下氧化焙燒，再用水逆流浸出（見浸取）和過濾，獲得含Na2CrO4大於 200克/升的溶液。加硫酸中和鉻酸鈉溶液，使其pH為7～8，濾出氫氧化鋁等雜質後蒸發到含Na2CrO4大於 450克/升，濾出Na2SO4結晶。溶液用硫酸調整pH為 4±0.2，再濾出Na2SO4結晶，獲得重鉻酸鈉（Na2Cr2O7）溶液。濃縮溶液到約含Na2Cr2O71100克/升時，冷卻濾出Na2SO4結晶，再將溶液濃縮到含Na2Cr2O71500～1550克/升，並於90～100℃保溫8小時，然後冷卻到35℃以下，結晶出重鉻酸鈉。鉻酸鈉轉化成重鉻酸鈉也可用碳酸法，即在15～16大氣壓下通入含50%CO2的氣體，析出的沉澱為碳酸氫鈉：2Na2CrO4+2CO2+H2O─→Na2Cr2O7+2NaHCO3碳酸氫鈉可以回收使用。此法可把在焙燒中配加的純鹼重新回收一半，較硫酸法獲得硫酸鈉為有利，但鉻酸鈉不能完全轉化為重鉻酸鈉。

三氧化二鉻的製備可用：①氯化銨還原法。即在重鉻酸鈉晶體中配入一定量的氯化銨，混勻後在還原爐中於700～800℃還原，然後洗去NaCl，過濾獲得三氧化二鉻濾餅，經過乾燥、破碎，在迴轉窯中於1150～1200℃煅燒。用此法獲得的三氧化二鉻呈墨綠色，顆粒較大，純度高，但生產工序多，並產生有害氣體 HCl。②煅燒鉻酸酐法。即把重鉻酸鈉加入反應鍋中，注入濃硫酸，在200℃下重鉻酸鈉與硫酸反應生成鉻酸酐：

Na2Cr2O7+2H2SO4─→2CrO3+2NaHSO4+H2O靜置後鉻酸酐和硫酸氫鈉沉積成兩層。將上部的硫酸氫鈉舀出，留在鍋中的鉻酸酐再加熱，用水洗去殘留的硫酸鈉，從底部放出鉻酸酐。鉻酸酐在800～950℃下煅燒分解，用水洗去未分解的鉻酸酐，過濾獲得三氧化二鉻。用此法工序少，但產品雜質含量較高。③煅燒氫氧化鉻法。即將含Na2CrO4大於 200克/升的溶液加溫至95℃以上，加入純淨的硫化鈉溶液，攪拌後生成大顆粒氫氧化鉻Cr(OH)3沉澱。氫氧化鉻在迴轉窯中於1300℃煅燒分解為三氧化二鉻Cr2O3。此法工序少，產品成本低，純度高，但顆粒細，易損失。

鋁熱還原

要求原料含 Cr2O3大於99%，含硫低於0.02%，含鉛、砷、錫、銻各低於0.001%。鋁粒粒度應小於0.5毫米，鋁量應不大於理論量的98%。用硝石、鎂屑和鋁粒作引火劑。反應為：反應焓ΔH圏=-65.0千卡/摩爾（鋁）。為了保持自熱反應過程並使金屬粒與渣順利分離，ΔH圏至少應為-72千卡/摩爾（鋁），要添加硝酸鈉、氯酸鉀、鉻酸酐或鹼金屬重鉻酸鹽等供氧劑補充熱量；也可將混合料預熱到350～400℃再行入爐。還原反應在內砌鎂磚的圓錐形爐筒內進行。先在爐內加入部分混合爐料，在料面中心加引火劑，點燃後在爐料開始反應時，用流槽連續送入其餘爐料。反應終止，冷卻至室溫，拆開爐筒取出金屬錠，噴砂清除表面夾渣和氧化膜。生產大金屬錠，能提高鉻的回收率，渣的流動性也好。鋁熱法可獲得純度大於98.5%的金屬鉻，其中含鋁不大於0.5%。渣中含Al2O3高達90%，可作研磨材料。

電解法生產

目前一般用碳素鉻鐵作原料，採用鉻銨礬法電解流程。把碳素鉻鐵粉碎，溶於電解陽極返回液、結晶母液和硫酸的混合溶液中，過濾除去矽酸鹽等殘渣，濾液用硫酸銨處理並除鐵。純鉻銨礬溶液經陳化（保持30～35℃，放置15日）後，結晶出純鉻銨礬Cr2(SO4)3·（NH4)2SO4·24H2O。純鉻銨礬溶於熱水送入隔膜電解槽電解。用不鏽鋼作陰極，鉛銀合金（1%Ag）作陽極，電流密度753安/米2，槽電壓 4.2伏，電解液溫度52～54℃。應控制通過電解液進入陽極室的流速，並準確地控制溶液的pH為2.1～2.4。平均電流效率 45%，電耗約18.5千瓦·時/公斤。產品純度為99.2～99.4%的片狀金屬鉻，含氧0.3～0.5%，呈脆性。

為了提高金屬鉻的純度，可通過真空處理或氫還原降低含氧量。用+6價鉻溶液電解（電流密度 9500安/米2，溫度84～87℃），可得高純度金屬鉻（含氧0.01～0.02%），但電流效率很低（6～7%）。鉻害防護鉻酸鹽、重鉻酸鹽等都對人體的黏膜起強烈的腐蝕作用，吸入含有鉻化合物的粉塵和蒸氣會損壞鼻黏膜，並使鼻中軟骨穿孔。受到大量鉻的侵害時會出現腎臟病。當鉻化合物的作用受到吸菸的助長，特別容易促致肺癌。因此，要求鉻的生產設備密閉，有高效能除塵設施，操作場所通風良好。

鉻的危害

危害途徑：吸入、皮膚接觸等。

皮膚

皮膚直接接觸鉻化合物所造成的傷害：

鉻性皮膚潰瘍（鉻瘡）

鉻化合物並不損傷完整的皮膚，但當皮膚擦傷而接觸鉻化合物時即可發生傷害作用。鉻性皮膚潰瘍的發病率偶然性較高，主要與接觸時間長短，皮膚的過敏性及個人衛生習慣有關。鉻瘡主要發生於手、臂及足部，但只要皮膚發生破損，不管任何部位，均可發生。指甲根部是暴露處，容易積留髒物，皮膚也最易破損，因此這些部位也易形成鉻瘡。形成鉻瘡前，皮膚最初出現紅腫，具搔癢感，不作適當治療可侵入深部。潰瘍上蓋有分泌物的硬痂，四周部隆起，中央深而充滿腐肉，邊緣明顯，呈灰紅色，局部疼痛，潰瘍部呈倒錐形，潰瘍面較小，一般不超過3mm，有時也可大至12—30mm，或小至針尖般大小，若忽視治療，進一步發展可深放至骨部，劇烈疼痛，癒合甚慢。

鉻性皮炎及濕疹

接觸六價鉻也可發生鉻性皮炎及濕疹，患處皮膚搔癢並形成水泡，皮膚過敏者接觸鉻污染物數天后即可發生皮炎，鉻過敏期長達3—6月，濕疹常發生於手及前臂等暴露部份，偶爾也發生在足及踝部，甚至臉部、背部等。

呼吸道

鉻性鼻炎

接觸鉻鹽常見的呼吸道職業病是鉻性鼻炎，該病早期症狀為鼻黏膜充血，腫脹、鼻腔乾燥、搔癢、出血，嗅覺減退，粘液分泌增多，常打噴嚏等，繼而發生鼻中隔潰疹，潰疹部位一般在鼻中隔軟骨前下端1.5cm處，無明顯疼痛感。

鉻性鼻炎根據潰瘍及穿孔程度，可為三期：

⒈糜爛性鼻炎，鼻中隔黏膜縻爛，呈灰白色斑點。

⒉潰瘍性鼻炎，鼻中隔變薄，鼻黏膜呈凹性缺損，表面有濃性痂蓋，鼻中黏膜蒼白，嗅覺明顯衰退。

⒊鼻中隔穿孔，鼻中隔軟骨可見圓形成三角形孔洞穿孔處有黃色痂，鼻黏膜萎縮，鼻腔乾燥。

對眼及耳

眼皮及角膜接觸鉻化合物可能引起刺激及潰瘍，症狀為眼球結膜充血、有異物感、流淚刺痛、視力減弱，嚴重時可導致角膜上皮脫落。

鉻化合物侵蝕鼓膜及外耳引起潰瘍僅偶然發生。

腸胃道

誤食入六價鉻化合物可引起口腔黏膜增厚，水腫形成黃色痂皮，反胃嘔吐，有時帶血，劇烈腹痛，肝腫大，嚴重時使循環衰竭，失去知覺，甚至死亡。六價鉻化合物在吸入時是有致癌性的，會造成肺癌。[2]

全身中毒

此種情況甚少，症狀是：頭痛消瘦，腸胃失調，肝功能衰竭，腎臟損傷，單接血球增多，血鈣增多及血磷增多等。

急救措施

皮膚接觸：脫去被污染的衣著，用流動清水沖洗。

眼睛接觸：立即用大量流動清水沖洗，再用氯黴素眼藥水或用磺胺鈉眼藥水滴眼，並使用抗菌眼膏每日三次，嚴重時立刻就醫。

吸入：迅速脫離現場至空氣新鮮處。嚴重時立刻就醫。

食入：立即用亞硫酸鈉溶液洗胃解毒，口服1%氧化鎂稀釋溶液，喝牛奶和蛋清等，就醫。

鉻的測定

濕式消解法：準確稱取1.0～2.0g樣品，置於消解瓶中，同時做試劑空白。如為乾燥固體樣品，可酌加適量的水，使含水約75%以上，加硝酸10～15m1，混合放置，然後徐徐加熱。待激烈反應停止並冷卻後，加硫酸5～7.5m1，再徐徐加熱。如消解過程中有大量氣泡可加辛醇2～3滴。溶液如變為暗色時，再加2～3ml硝酸繼續加熱，至產生三氧化硫白煙而溶液呈現淡黃色或無色時消解完成。若消解不完全可再加少量硝酸及高氯酸1m1，加熱以加速消解，消解液冷卻後加5ml水及5m1草酸銨溶液，加熱至生成三氧化硫白煙為止，冷後加水使成50ml作為待測溶液，同時做試劑空白。

吸取鉻標準溶液（3.2)0，0.20，0.50，1.00，2.00，4.00，6.00，8.00ml，分別置於150ml三角瓶中，加純水至50ml。

向標準系列中加0.5ml 1+1硫酸，0.5ml 1+1磷酸及2～3滴6%高錳酸鉀溶液.如紫紅色消褪則應再加高錳酸鉀溶液。各加幾粒玻璃珠，加熱煮沸，如紫紅色消退，需補加高錳酸鉀至煮沸後仍需保持紫紅色。

冷卻後向各瓶中加1ml 20%尿素溶液⑴，然後滴加2%亞硝酸鈉溶液，每加1滴需充分振搖，直到紫紅色剛褪去為止。待瓶中不冒氣泡後再將溶液轉移到50ml比色管中，用純水稀釋至刻度。

向比色管各加入2.5ml 1+7硫酸，0.5ml 1%二苯碳醯二肼，立即搖勻放置10min⑵在波長540nm下用3cm比色皿以純水作參比測定吸光度值。繪製標準曲線。

測定

分別取待測溶液及試劑空白溶液50ml於150ml三角瓶中，調pH為7.0。從標準曲線讀取鉻的濃度。

計算

c=（A-A0）V/mV1

式中：c――化妝品中鉻的濃度，μg/g；

A――從標準曲線上查得樣品管中鉻的含量，μg；

A0――試劑空白管中鉻的含量，μg；

m――樣品質量，g；

V――樣品總體積，ml；

V1――測定時所取樣液量，ml。

鉻礦資源

中國鉻礦資源比較貧乏，按可滿足需求的程度看，屬短缺資源。總保有儲量礦石1078萬噸，其中富礦占53.6%。鉻礦產地有56處，分布於西藏、新疆、內蒙古、甘肅等13個省（區），以西藏為最主要，保有儲量約占全國的一半。中國鉻礦床是典型的與超基性岩有關的岩漿型礦床，絕大多數屬蛇綠岩型，礦床賦存於蛇綠岩帶中。西藏羅布莎鉻礦和新疆薩爾托海鉻礦等皆屬此類。從成礦時代來看，中國鉻礦形成時代以中生代、新生代為主。

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生產多種高強度、抗腐蝕、耐磨、耐高溫、耐氧化的特種鋼，如不鏽鋼、耐酸鋼、耐熱鋼、滾珠軸承鋼、彈簧鋼、工具鋼等。金屬鉻主要用於與鈷、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、飛彈、火箭、艦艇等不可缺少的材料。在耐火材料上，鉻鐵礦用來製造鉻磚、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，進而製取其他鉻化合物，用於顏料、紡織、電鍍、製革等工業，還可製作催化劑和觸媒劑等。

鉻鐵礦是中國的短缺礦種，儲量少，產量低，每年消費量的80%以上依靠進口。鉻具有親氧性和親鐵性，以親氧性較強，只有在還原和硫的逸度較高的情況下才顯示親硫性。在內生作用條件下鉻一般呈三價。六次酸位的Cr3+和Al3+Fe3+的離子半徑相接近，故它們之間可以呈廣泛的類質同象。此外，可與鉻類質同象代替的元素還有Mn、Mg、Ni、Co、Zn等，所以在鎂鐵矽酸鹽礦物和副礦物中有鉻的廣泛分布。在表生帶強烈氧化條件下（鹼性介質），Cr3+氧化成Cr6+形式的鉻酸根離子，使不活動的鉻離子變成易溶的鉻陰離子發生遷移。遇極化性很強的離子（如Cu、Pb等），則形成難溶的鉻酸性礦物。

在自然界中目前已發現的含鉻礦物約有50餘種，分別屬於氧化物類、鉻酸鹽類和矽酸鹽類。此外還有少數氫氧化物、碘酸鹽、氮化物和硫化物。其中氮化鉻和硫化鉻礦物只見於隕石中。具有工業價值的鉻礦物都屬於鉻尖晶石類礦物，它們的化學通式為（Mg、Fe2+）（Cr、Al、Fe3+）2O4或（Mg、Fe2+）O（Cr、Al、Fe3+）2O3，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：

⒈鉻鐵礦

化學成分為（Mg、Fe）Cr2O4，介於亞鐵鉻鐵礦（FeCr2O4，含FeO32.09%、Cr2O3 67.91）與鎂鉻鐵礦（MgCr2O4，含MgO20.96%、Cr2O3 79.04%）之間，通常有人將亞鐵鉻鐵礦和鎂鉻鐵礦也都稱為鉻鐵礦。鉻鐵礦為等軸晶系，晶體呈細小的八面體，通常呈粒狀和緻密塊狀集合體，顏色黑色，條痕褐色，半金屬光澤，硬度5.5，比重4.2～4.8，具弱磁性。鉻鐵礦是岩漿成因礦物，產於超基性岩中，當含礦岩石遭受風化破壞後，鉻鐵礦常轉入砂礦中。鉻鐵礦是煉鉻的最主要的礦物原料，富含鐵的劣質礦石可作高級耐火材料。

⒉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。

⒊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。

chromium[金屬元素鉻]

基本信息