Profil métallique: Chrome

Minerai de chromite dans la mine d'Hernic Ferrochrome en Afrique du Sud. Image © Terence Bell

Le chrome métallique est le plus largement reconnu pour son utilisation dans le chromage (que l'on appelle souvent simplement «chrome»), mais sa plus grande utilisation est comme ingrédient dans les aciers inoxydables . Les deux applications bénéficient de la dureté du chrome, de la résistance à la corrosion et de la capacité à être poli pour un aspect lustré.

Propriétés

Caractéristiques

Le chrome est un métal dur et gris qui est apprécié pour son incroyable résistance à la corrosion. Le chrome pur est magnétique et cassant, mais quand allié peut être rendu malléable et poli à une finition brillante et argentée.

Chromium tire son nom de khrōma, un mot grec qui signifie couleur, en raison de sa capacité à produire des composés vifs et colorés, tels que l'oxyde de chrome.

Histoire

En 1797, le chimiste français Nicolas-Louis Vauguelin produit le premier chrome métallique pur en traitant le crocoite (un minéral contenant du chrome) avec du carbonate de potassium, puis en réduisant l'acide chromique résultant avec du carbone dans un creuset en graphite.

Alors que les composés de chrome ont été utilisés dans les colorants et les peintures pendant des milliers d'années, ce n'est que bien après la découverte de Vauguelin que l'utilisation du chrome dans les applications métalliques a commencé à se développer.

À la fin du XIXe siècle et au début du XXe siècle, les métallurgistes d'Europe expérimentaient activement les alliages métalliques, en essayant de produire des aciers plus solides et plus durables.

En 1912, alors qu'il travaillait chez Firth Brown Laboratories au Royaume-Uni, le métallurgiste Harry Brearley a été chargé de trouver un métal plus résistant pour les canons de fusil.

Il a ajouté du chrome, qui était connu pour avoir un point de fusion élevé, à l'acier au carbone traditionnel, produisant le premier acier inoxydable. Cependant, à peu près au même moment, d'autres, y compris Elwood Haynes aux États-Unis et les ingénieurs de Krupp en Allemagne, développaient également des alliages d'acier contenant du chrome. Avec le développement du four à arc électrique, la production à grande échelle d'acier inoxydable a suivi peu de temps après.

Au cours de la même période, des recherches ont également été menées sur les métaux électrolytiques, qui ont permis à des métaux moins chers, tels que le fer et le nickel , d'adopter la résistance à l'abrasion et à la corrosion ainsi que ses qualités esthétiques. Les premières caractéristiques de chrome sont apparues sur les voitures et les horloges haut de gamme à la fin des années 1920.

Production

Les produits de chrome industriel incluent le chrome métal, le ferrochrome, les produits chimiques de chrome et les sables de fonderie. Ces dernières années, il y a eu une tendance vers une plus grande intégration verticale dans la production de matériaux de chrome. Autrement dit, plus de sociétés sont impliquées dans l'extraction du minerai de chromite et le transforment également en chrome métal, ferrochrome et, finalement, en acier inoxydable.

En 2010, la production mondiale de minerai de chromite (FeCr 2 O 4 ), le minerai primaire extrait pour la production de chrome, était de 25 millions de tonnes.

La production de ferrochrome était d'environ 7 millions de tonnes, tandis que la production de chrome métal était d'environ 40 000 tonnes. Le ferrochrome est produit uniquement à l'aide de fours à arc électrique, tandis que le chrome métallique peut être produit par des méthodes électrolytiques, silico-thermiques et aluminothermiques.

Pendant la production du ferrochrome, la chaleur créée par les fours à arc électrique, qui atteint 2800 ° C (5070 ° F), fait que le charbon et le coke réduisent le minerai de chrome par une réaction carbothermique. Une fois que suffisamment de matière a été fondue dans la sole du four, le métal fondu est drainé et solidifié dans de grandes pièces moulées avant d'être écrasé.

La production aluminothermique de chrome de haute pureté représente plus de 95% du chrome métallique produit aujourd'hui. La première étape de ce processus exige que le minerai de chromite soit rôti avec de la soude et de la chaux dans l'air à 2000 ° F (1000 ° C), ce qui crée une calcine contenant du chromate de sodium.

Il peut être lessivé des déchets et ensuite réduit et précipité sous forme d'oxyde chromique (Cr 2 O 3 ).

L'oxyde chromique est ensuite mélangé avec de l' aluminium en poudre et placé dans un grand creuset en argile. Du peroxyde de baryum et de la poudre de magnésium sont ensuite étalés sur le mélange, et le creuset est entouré de sable (qui sert d'isolant).

Le mélange est allumé, ce qui fait que l'oxygène de l'oxyde chromique réagit avec l'aluminium pour produire de l'oxyde d'aluminium et libère ainsi du chrome métallique fondu qui est pur à 97-99%.

Selon les statistiques du US Geological Survey, les principaux producteurs de minerai de chromite en 2009 étaient l'Afrique du Sud (33%), l'Inde (20%) et le Kazakhstan (17%). Les plus grandes sociétés productrices de ferrochrome sont Xstrata , Eurasian Natural Resources Corp. (Kazakhstan), Samancor (Afrique du Sud) et Hernic Ferrochrome (Afrique du Sud).

Applications

Selon l'Association internationale de développement pour le chrome, sur l'ensemble du minerai de chromite extrait en 2009, 95,2% ont été consommés par l'industrie métallurgique, 3,2% par l'industrie des réfractaires et des fonderies et 1,6% par les producteurs de produits chimiques. Les principales utilisations du chrome sont les aciers inoxydables, les aciers alliés et les alliages non ferreux.

Les aciers inoxydables se réfèrent à une gamme d'aciers contenant entre 10% et 30% de chrome (en poids) et qui ne se corrodent pas et ne rouillent pas aussi facilement que les aciers ordinaires. Entre 150 et 200 compositions d'acier inoxydable différentes existent, bien que seulement environ 10% d'entre elles soient utilisées régulièrement.

Sources:

Sully, Arthur Henry et Eric A. Brandes. Chrome . Londres: Butterworths, 1954.

Rue, Arthur. & Alexander, WO 1944. Les métaux au service de l'homme . 11ème édition (1998).

L'Association Internationale pour le Développement du Chrome (ICDA).

Source: www.icdacr.com

Noms commerciaux de Superalloy de chrome

Nom commercial Contenu en chrome (% poids)
Hastelloy-X® 22
WI-52® 21
Waspaloy® 20
Nimonic® 20
IN-718® 19
Aciers inoxydables 17-25
Inconel® 14-24
Udimet-700® 15