クロム鉄鉱
クロム鉄鉱
アフリカ、シエラレオネのフリータウン層状複合体から採取された八面体クロム鉄鉱結晶（サイズ：1.3 x 1.2 x 1.2 cm）
一般的な
カテゴリ酸化鉱物スピネルグループ スピネル構造グループ
式(Fe, Mg)Cr 2 O 4
IMAシンボルクロノス[ 1 ]
ストランツ分類4.BB.05
結晶系等角投影
クリスタルクラス六八面体（m 3 m）HM記号：（4/m 3 2/m）
空間群Fd 3 m（No. 227）
単位セルa = 8.344 Å; Z = 8
識別
色透過光では、薄い縁が黒から茶褐色、薄い縁が茶から茶褐色
クリスタル習慣八面体型はまれ；塊状から粒状
姉妹都市スピネル法の{Ill}
胸の谷間なし、{III}に沿って別れが進む可能性がある
骨折不均等
粘り強さ脆い
モース硬度5.5
光沢樹脂のような、油のような、金属のような、金属に似た、鈍い
連勝茶色
透けて見える半透明から不透明
比重4.5～4.8
光学特性等方性
屈折率n = 2.08～2.16
その他の特徴弱い磁性
参考文献[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]

クロマイトは、主に酸化鉄(II)と酸化クロム(III)の化合物からなる結晶性鉱物です。化学式はFe Cr 2 O 4で表されます。スピネル族に属する酸化物鉱物です。マグネシウムは、マグネシオクロマイト（Mg Cr 2 O 4）と固溶体を形成するため、鉄と様々な量で置換することができます。 [ 6 ]アルミニウムも置換され、ヘルシナイト（Fe Al 2 O 4）となります。 [ 7 ]クロマイトは現在、鉄とクロムの合金であるフェロクロム（Fe Cr ）を生産し、ステンレス鋼の製造に利用されています。[ 8 ]

クロマイト粒子は、南アフリカやインドのブッシュフェルトのような大規模な塩基性火成岩貫入岩によく見られます。クロマイトは鉄黒色で金属光沢を持ち、暗褐色の条痕があり、モース硬度は5.5です。[ 9 ]

プロパティ

クロム鉄鉱鉱物は主に塩基性・超塩基性火成岩の貫入岩中に見られ、変成岩中にも時折見られる。クロム鉄鉱鉱物は、数百キロメートルの長さ、数メートルの厚さに及ぶ層状に分布する。[ 10 ]クロム鉄鉱は鉄隕石中にもよく見られ、珪酸塩鉱物やトロイライト鉱物と共存する。[ 11 ]

結晶構造

クロマイトの化学組成はFeCr 2 O 4と表され、鉄は+2の酸化状態、クロムは+3の酸化状態にあります。[ 5 ]鉱石の構造は板状で、弱い面に沿って破断しています。クロマイトは薄片で観察することもできます。薄片に見られる粒子は、自形から亜形結晶が散在しています。[ 12 ]

クロマイトは、マグネシウム、第一鉄（Fe(II)）、アルミニウム、微量のチタンを含む。 [ 5 ]クロマイトは、鉱物中の各元素の量に基づいて、さまざまな鉱物に変化する。クロマイトはスピネルグループの一部であり、同じグループの他のメンバーと完全な固溶体を形成することができる。これらには、チェンミンタイト（FeCr 2 O 4）、キシアイト（FeCr 2 O 4）、マグネシオクロマイト（MgCr 2 O 4） 、マグネタイト（Fe 2+ Fe 3+ 2 O 4）などの鉱物が含まれる。チェンミンタイトとキシアイトはクロマイトの多形であり、マグネシオクロマイトとマグネタイトはクロマイトと同構造である。[ 5 ]

結晶の大きさと形態

クロマイトは塊状および粒状の結晶として産出され、極めて稀に八面体結晶として産出されます。この鉱物の双晶はスピネルの法則に従って{III}面上で発生します。[ 5 ]

鉱物の粒子は一般的に小さいですが、最大3cmの大きさのクロム鉄鉱の粒子が発見されています。これらの粒子は、クロムと酸素の含有量が少ない隕石体の液体から結晶化したと考えられています。大きな粒子は、隕石体で見られる安定した過飽和状態と関連しています。 [ 11 ]

反応

クロマイトは、岩石の形成条件を決定する上で重要な鉱物です。COやCO 2などの様々なガスと反応します。これらのガスと固体のクロマイト粒子との反応により、クロマイトは還元され、鉄とクロムの合金が形成されます。また、クロマイトとガスの相互作用により、金属炭化物が形成される可能性もあります。 [ 13 ]

クロマイトは結晶化過程の初期段階で形成されることが観察されています。そのため、クロマイトは変成岩系列に見られる高温高圧による変質作用に対して耐性を有し、変成作用を受けることなく変成岩系列を進行することができます。耐性の低い他の鉱物は、この系列において蛇紋石、黒雲母、ガーネットなどの鉱物に変質することが観察されています。[ 14 ]

預金の分配

ユーコン準州のクロム鉄鉱鉱脈。黒い帯状のものはクロム鉄鉱で、白金族金属も含まれています。灰色の岩石は漂白された超塩基性岩です。

クロム鉄鉱は、地球のマントルのペリドタイト中に正集積レンズとして発見されています。また、層状の超塩基性貫入岩にも見られます。[ 15 ]また、一部の蛇紋岩などの変成岩にも見られます。 クロム鉄鉱の鉱床は、初期のマグマが分化するときに形成されます。一般的には、オリビン、磁鉄鉱、蛇紋石、コランダムと関連しています。[ 16 ]南アフリカの広大なブッシュフェルト火成岩体は、大規模な層状の塩基性から超塩基性火成岩体で、いくつかの層は90％のクロム鉄鉱で構成され、珍しい岩石の種類であるクロム鉄鉱を形成しています（鉱物のクロム鉄鉱とクロム鉄鉱を含む岩石のクロム鉄鉱を参照）。[ 17 ]モンタナ州のスティルウォーター火成岩体にもかなりのクロム鉄鉱が含まれています。[ 3 ]

商業採掘に適したクロム鉄鉱は、ごく少数の非常に大きな鉱床にしか存在しません。クロム鉄鉱鉱床には、主に層状鉱床とポディフォーム鉱床の2種類があります。層状貫入岩中の層状鉱床はクロム鉄鉱資源の主な産地であり、南アフリカ、カナダ、フィンランド、マダガスカルで産出されます。ポディフォーム鉱床由来のクロム鉄鉱資源は、主にカザフスタン、トルコ、アルバニアで産出されます。ジンバブエは、層状鉱床とポディフォーム鉱床の両方に注目すべきクロム鉄鉱埋蔵量を有する唯一の国です。[ 18 ]

層状堆積物

層状鉱床は、大きなシート状の鉱体として形成され、通常は層状の塩基性岩石から超塩基性 岩石からなる火成岩複合体中に形成されます。このタイプの鉱床は、世界中のクロム鉄鉱埋蔵量の98%を占めています。[ 19 ]

層状堆積物は、典型的には先カンブリア時代のものと見られ、クラトンで発見される。これらの堆積物が形成された塩基性から超塩基性火成岩地域は、花崗岩または片麻岩を含んでいた可能性のある大陸地殻に貫入した可能性が高い。これらの貫入岩の形状は、板状または漏斗状と説明される。板状の貫入岩は、これらの貫入岩の層が平行であるシルの形で配置された。これらの板状貫入岩の例は、スティルウォーター火成岩複合体とバードリバーで見ることができる。漏斗状の貫入岩は、貫入岩の中心に向かって傾斜しているのが見られる。これにより、この貫入岩の層は向斜構造を形成する。このタイプの貫入岩の例は、ブッシュフェルト火成岩複合体とグレートダイクで見ることができる。[ 19 ]

クロマイトは、層状堆積物中にクロミタイトからなる多層構造で見られます。これらの層の厚さは1cmから1mの範囲で、水平方向の深さは70kmに達することもあります。これらの層の主な岩石はクロミタイトで、その50～95%はクロマイトで構成され、残りはカンラン石、斜方輝石、斜長石、単斜輝石、およびこれらの鉱物の様々な変質生成物で構成されています。マグマ中に水が存在するかどうかは、褐色雲母の存在によって判断されます。[ 19 ]

ポディフォーム堆積物

オフィオライト層中にはポディフォーム堆積物が見られる。オフィオライト層の地層は、深海堆積物、枕状溶岩、シート状岩脈、斑れい岩、超塩基性テクトナイトから構成される。[ 19 ]

これらの鉱床は超塩基性岩石、特にテクトナイト中に存在し、テクトナイトの上部に向かうにつれてポディフォーム鉱床の量が増加することがわかります。[ 19 ]

ポディフォーム鉱床は不規則な形状をしています。「ポッド」とは、地質学者がこの鉱床の不確定な形態を表すために用いた用語です。この鉱床は、母岩の葉理と平行な葉理構造を示します。ポディフォーム鉱床は、不整合、準整合、整合と表現されます。ポディフォーム鉱床中のクロム鉄鉱は、下反角状の粒子として形成されます。このタイプの鉱床に見られる鉱石は、結節性組織を持ち、5～20mmの大きさの緩く詰まった結節です。ポディフォーム鉱床に含まれるその他の鉱物には、カンラン石、斜方輝石、単斜輝石、パーガサイト、ナトリウム雲母、アルバイト、ヒスイ輝石などがあります。[ 19 ]

健康と環境への影響

クロム鉄鉱から抽出されるクロムは、冶金、電気メッキ、塗料、なめし、製紙など、多くの産業で大規模に使用されています。六価クロムによる環境汚染は、健康と環境にとって大きな懸念事項です。クロムは三価クロム（Cr(III)）の形で最も安定しており、天然鉱石などの安定した化合物に見られます。Cr(III)は必須栄養素であり、動物や人間の脂質とグルコースの代謝に必要です。対照的に、2番目に安定した形である六価クロム（Cr(VI)）は、一般的に人間の活動によって生成され、自然界ではほとんど見られず（クロコイトなど）、大量に摂取すると動物や人間を死に至らしめる可能性のある非常に有毒な発がん物質です。[ 20 ]

健康への影響

クロム鉄鉱石は、フェロクロムの生産を目的として採掘され、鉄に対するクロムの比率が高いクロム鉄鉱精鉱を産出します。 [ 21 ]また、粉砕・加工することも可能です。クロム鉄鉱精鉱は、石炭やコークスなどの還元剤と高温炉で処理することでフェロクロムを生産できます。フェロクロムは、クロムと鉄の中間の合金であるフェロアロイの一種です。このフェロアロイは、クロム鉄鉱精鉱と同様に、様々な健康被害を引き起こす可能性があります。明確な管理アプローチと明確な緩和技術を導入することで、人体への健康被害の安全性を確保することができます。[ 22 ]

クロム鉄鉱が地表環境にさらされると、風化や酸化が起こる可能性があります。クロム鉄鉱中に含まれるクロム元素は、三価クロム（Cr-III）の形で最も豊富に含まれています。クロム鉄鉱が地上環境にさらされると、Cr-IIIは六価クロムであるCr-VIに変換されます。Cr-VIは、鉱石の乾式粉砕または粉砕によってCr-IIIから生成されます。これは、粉砕工程の湿度と粉砕が行われている雰囲気によるものです。湿潤環境と酸素のない雰囲気は、Cr-VIの生成量を減らすのに理想的な条件であり、その逆はCr-VIの生成量を増やすことが知られています。[ 23 ]

フェロクロムの製造では、窒素酸化物、炭素酸化物、硫黄酸化物などの汚染物質や、クロム、亜鉛、鉛、ニッケル、カドミウムなどの高濃度の重金属を含む粉塵粒子が大気中に放出されることが観察されています。フェロクロムを製造するためのクロム鉱石の高温製錬中に、Cr-III が Cr-VI に変換されます。クロム鉱石と同様に、フェロクロムは粉砕され、したがって Cr-VI が生成されます。したがって、フェロクロムが生成されるときに Cr-VI が粉塵に混入します。これにより、吸入の可能性や環境への毒素の浸出などの健康リスクが発生します。 人間がクロムに​​さらされる方法は、経口摂取、皮膚接触、吸入です。クロム-III と Cr-VI は、人間と動物の組織に蓄積します。 体からのこのタイプのクロムの排泄は非常に遅い傾向があるため、数十年後に人間の組織でクロムの高濃度が見られる場合もあります。[ 23 ]

環境への影響

クロム鉄鉱の採掘、クロム、フェロクロムの生産は環境に有害となる可能性がある。[ 23 ]クロム鉄鉱の採掘は経済商品の生産に必要不可欠である。[ 24 ]

土壌からの浸出や産業活動による排出の結果、クロムを含む岩石の風化が水柱に流れ込む。植物におけるクロムの吸収経路は依然として不明瞭であるが、クロムは非必須元素であるため、クロムの種分化とは独立した明確な吸収メカニズムは存在しないと考えられる。[ 25 ]植物研究では、クロムが植物に及ぼす毒性影響として、萎凋、葉の細化、成長の遅延または減少、クロロフィル生成の減少、根膜の損傷、根系の縮小、枯死など、多岐にわたることが示されている。[ 23 ]クロムの構造は他の必須元素と類似しており、植物のミネラル栄養に影響を与える可能性がある。[ 25 ]

ブッシュフェルトクロマイト

産業活動や生産活動の過程で、堆積物、水、土壌、大気などはすべてクロムに汚染されます。六価クロムは土壌微生物の存在、機能、多様性を低下させるため、土壌生態系に悪影響を及ぼします。[ 23 ]土壌中のクロム濃度は、土壌を構成する堆積物や岩石の組成によって異なります。土壌中に存在するクロムは、六価クロムと三価クロムの混合物です。[ 25 ]六価クロムなどの特定の種類のクロムは、生物の細胞内に侵入する能力があります。産業活動や産業廃水から発生する塵埃粒子は、表層水、地下水、土壌を汚染します。[ 23 ]

水生環境において、クロムは溶解、吸着、沈殿、酸化、還元、脱着といった反応を起こす可能性があります。[ 25 ]水生生態系において、クロムは無脊椎動物、水生植物、魚類、藻類に蓄積します。これらの毒性影響は、生物の性別、大きさ、発育段階などによって異なるため、それぞれ異なる形で作用します。水温、アルカリ度、塩分濃度、pH、その他の汚染物質も、生物に対するこれらの毒性影響に影響を与えます。[ 23 ]

クロミタイト蛇紋岩中のクロミタイト帯

アプリケーション

クロマイトは高い熱安定性を有するため、耐火材料として使用することができる。[ 26 ]クロマイトから抽出されたクロムは、クロムメッキや合金化に使用され、耐腐食性超合金、ニクロム、ステンレス鋼が製造される。[ 27 ]クロムは、ガラス、釉薬、塗料の顔料として、また皮革なめしの酸化剤として使用される。 [ 28 ]宝石としても使用されることがある。[ 29 ]光沢のある自動車のトリムのほとんどはクロムメッキされている。クロムを含む超合金は、ジェットエンジンが高応力下、化学的に酸化する環境、高温の状況下で動作することを可能にする。[ 27 ]

磁器タイルの着色

磁器タイルは、多くの場合、様々な色や顔料で製造されます。速焼磁器タイルの着色に一般的に使用されるのは、黒色（Fe、Cr）です。2お3顔料はかなり高価で合成されています。天然のクロム鉄鉱は、高価な（Fe、Cr）顔料の代わりに、安価で無機的な顔料として使用できます。2お3タイルの微細構造や機械的特性は導入時に大幅に変化したり修正されたりしない。 [ 30 ]

参照

参考文献

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