世界上最硬的金屬 鉻硬度800~1200HV

世界上最硬的金屬是鉻。鉻(Chromium)，化學符號Cr，單質為鋼灰色金屬。元素名來自於希臘文，原意為“顏色”，因為鉻的化合物都有顏色。1797年法國化學家沃克蘭在西伯利亞紅鉛礦（鉻鉛礦）中發現一種新礦物，次年用碳還原得到。在元素週期表中屬ⅥB族，鉻的原子序數24，原子量51.9961，體心立方晶體，常見化合價為+2、+3和+6。下面就跟本站一起具體看看世界上最硬的金屬等相關內容。

發現歷史

發現

鉻是1797年法國化學家沃克蘭從當時稱為紅色西伯利亞礦石中發現的。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裡，克拉普羅特也從鉻鉛礦中獨立發現了鉻。

秦陵寶劍發現鉻

我國考古人員在秦陵挖掘的寶劍，其劍鋒利無比，原因是劍鋒上面覆蓋了一層鉻，聽起來不算神奇，但是可以證明幾千年前我們就發現並使用鉻了。從秦兵馬俑二號坑出土的青銅劍，長86釐米劍身上有8個稜面，極為對稱均衡。它們歷經2,000年，從地下出土，卻無蝕無鏽，光潔如新。用現代科學方法檢測分析，這些青銅劍表面竟塗有一層厚約10微米的氧化膜，其中含鉻2%。

這一發現立即震動了世界，因為這種鉻鹽氧化處理是近代才掌握的先進工藝。據說德國在1937年，美國在1950年才先後發明並申請專利，而且只有在一套比較複雜的裝置和工藝流程下才得以實現。秦人的鑄造水平之高，真是不可思議。

尤為值得稱道的是，這些青銅劍的韌性異常驚人。有一口劍，被一具150公斤重的陶俑壓彎了，彎曲度超過45度。當陶俑被移開的一瞬間，奇蹟發生了，青銅劍反彈平直，自然還原。這精湛的鑄劍技藝，令人膛目結舌，卻不知為何。

冶煉方法

鋼鐵工業中廣泛應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。

鋁熱法生產包括從鉻礦製取氧化鉻和鋁還原氧化鉻製得金屬鉻兩道工序。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，併產生有害氣體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），要新增硝酸鈉、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,濾液用硫酸銨處理併除鐵。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%)。

用途

鉻用於制不鏽鋼，汽車零件，工具，磁帶和錄影帶等。鉻鍍在金屬上可以防鏽，也叫可多米，堅固美觀。

鉻可用於制不鏽鋼。紅、綠寶石的色彩也來自於鉻。作為現代科技中最重要的金屬，以不同百分比熔合的鉻鎳鋼千變萬化，種類繁多，令人難以置信。

鉻的毒性與其存在的價態有關，六價鉻比三價鉻毒性高100倍,並易被人體吸收且在體內蓄積，三價鉻和六價鉻可以相互轉化。天然水不含鉻;海水中鉻的平均濃度為0.05ug/l;飲用水中更低。鉻的汙染源有含鉻礦石的加工、金屬表面處理、皮革鞣製、印染等排放的汙水。

鉻是人體必需的微量元素。三價的鉻是對人體有益的元素，而六價鉻是有毒的。人體對無機鉻的吸收利用率極低，不到1%；人體對有機鉻的利用率可達10-25%。鉻在天然食品中的含量較低、均以三價的形式存在。

確切地說，鉻的生理功能是與其它控制代謝的物質一起配合起作用，如激素、胰島素、各種酶類、細胞的基因物質（DNA和RNA）等。

工業上使用的鉻礦石為鉻鐵礦，屬尖晶石(MgO·Al2O3)和磁鐵礦(FeO·Fe2O3)類，其通用化學式是(Fe，Mg)O·(Cr，Fe，Al2O3)。由於二價元素(Mg2+、Fe2+、Zn2+)和三價元素(Al3+、Fe3+、Cr3+)相互置換，可以出現各種不同成分的礦石。除主成分FeO及Cr2O3外，一般含有不同成分的MgO、Al2O3及其他雜質。礦石結構組成對使用有明顯影響，如鉻尖晶石比鉻鐵礦(FeO·Cr2O3)難於還原；含蛇紋石的鉻礦石，若其中揮發物大於2%，用它製造的鉻質耐火磚在加熱到1000℃時，會因釋放結晶水而炸裂。

美國1978年耗用鉻鐵礦917000噸，其用途分配如下：冶金61%，化工21%，耐火材料18%。1981年倫敦市場鉻礦石價格：土耳其礦(48%Cr2O3,Cr/Fe=3)130～135美元/噸，南非（阿扎尼亞）鉻礦(44%Cr2O3)60～70美元/噸。

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、電阻發熱合金等的新增劑。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。鹼式硫酸鉻（三價鉻鹽）用作皮革的鞣劑。鉻礬、重鉻酸鹽用作織物染色的媒染劑、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，大量用於傢俱、汽車、建築等工業。此外，鉻礦石還大量用於製作耐火材料。

生理功能

鉻是人體內必需的微量元素之一，它在維持人體健康方面起關鍵作用。鉻對人體十分有利的微量元素，不應該被忽視，它是正常生長髮育和調節血糖的重要元素。鉻在人體內的含量約為7毫克，主要分佈於骨骼、面板、腎上腺、大腦和肌肉之中。那麼，鉻元素對人體到底有什麼樣的作用呢？

隨著年齡的增長而逐漸減少，鉻的需要量很少，鉻作為一種必要的微量營養元素在所有胰島素調節活動中起重要作用，它能幫助胰島素促進葡萄糖進入細胞內的效率，是重要的血糖調節劑。在血糖調節方面，特別是對糖尿病患者而言有著重要的作用。它有助於生長髮育，並對血液中的膽固醇濃度也有控制作用，缺乏時可能會導致心臟疾病。

當缺乏鉻時，就很容易表現出糖代謝失調，如不及時補充這種元素，就會患糖尿病，誘發冠狀動脈硬化導致心血管病，嚴重的會導致白內障、失明、尿毒症等併發症。

鉻還是葡萄糖耐量因子的組成成分，它可促進胰島素在體內充分地發揮作用。在生理上對機體的生長髮育來說，胰島素和生長激素同等重要，缺一不可。胰島素在人體內的作用非常大，既是體內重要的合成激素可促進葡萄糖的攝取、貯存和利用，又可促進脂肪酸的合成，還能促進蛋白質的合成和貯存。因此，青少年想健康、科學的成長髮育，一定不能缺少鉻。

有一些人聽說自己缺鉻，就盲目補鉻。把高鉻食物當做營養品來長期服用，使人體處在一個高鉻的狀態。其實盲目地補鉻是不可取的，如果攝取過量鉻的毒性與其存在的價態有極大的關係，六價鉻的毒性比三價鉻高約100倍，但不同化合物毒性不同。六價鉻化合物在高濃度時具有明顯的區域性刺激作用和腐蝕作用，低濃度時為常見的致癌物質。在食物中大多為三價鉻，其口服毒性很低，可能是由於其吸收非常少。

鉻雖然人體需要量很少，但作用很大。它是使胰島素起作用的一種重要元素。糖尿病人存在缺鉻和缺鋅的問題，並且有併發症時患者的鉻、鋅含量均顯著低於無併發症患者。三價鉻可以改善胰島素的敏感性。

含鉻量比較高的食物有主要是一些粗糧，如我們通常食用的小麥、花生、蘑菇等等，另外胡椒、以及動物的肝臟、牛肉、雞蛋、紅糖、乳製品等都是含有鉻元素比較高的食品。多吃這些食品，就能保證人體的鉻元素的充足。當然，前提是保證流失不會過多。

近視

提起近視，許多人常將其歸咎於不良用眼，如看書距離不當，光太暗，持久用眼等。但飲食不當也是誘發青少年近視的原因之一。

美國紐約大學研究員貝蘭博士對大量青少年近視病例進行研究之後指出，體內缺乏微量元素鉻與近視的形成有一定的關係。鉻元素在人體中與球蛋白結合，為球蛋白正常代謝必需。在糖與脂肪的代謝中，鉻協助胰島素髮揮重要的生理作用。處於生長髮育旺盛時期的青少年，鉻的需求比成人大。鉻主要存在於粗糧、紅糖、蔬菜及水果等食物中，有些家長不注意食物搭配，長期給孩子吃一些精細食物，從而造成缺鉻，眼睛晶體滲透壓的變化，使晶狀體變凸，屈光度增加，產生近視。

鉻的測定溼式消解法：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0.5ml1+1硫酸,0.5ml1+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1ml20%尿素溶液（1），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2.5ml1+7硫酸，0.5ml1%二苯碳醯二肼，立即搖勻放置10min(2)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。