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 （繰り返し単位）	（鉄、マグネシウム）Cr2O4
IMAシンボル	クロノス[1]
シュトランツ分類	4.BB.05
結晶系	アイソメトリック
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 3m（No.227 ）
単位セル	a = 8.344 Å; Z = 8
識別
色	透過光では、薄い縁が黒から茶色がかった黒、茶色から茶色がかった黒
クリスタル習慣	八面体、まれに塊状から粒状
姉妹都市	スピネル法の{Ill}
胸の谷間	なし、{III}に沿って分離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	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FeCr ₂ O ₄で表されます。スピネルグループに属する酸化物鉱物です。マグネシウム元素は、マグネシオクロマイト(MgCr ₂ O ₄ )と固溶体を形成するため、さまざまな量で鉄を置換することができます。 ^[6]アルミニウム元素の置換も起こり、ヘルシナイト(FeAl ₂ O ₄ )になります。^{[7]現在、クロマイトは、鉄クロム合金である}フェロクロム(FeCr)の生産を通じてステンレス鋼を作るために採掘されています。^[8]

クロム鉄鉱の粒子は、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の貫入岩でよく見られます。クロム鉄鉱は鉄のような黒色で、金属光沢があり、暗褐色の縞があり、モース硬度は5.5です。^[9]

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、変成岩中にも見られることがある。クロム鉄鉱鉱物は、長さ数百キロメートル、厚さ数メートルの層状に形成される。^{[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して形成される。^[11]

クロマイトの化学組成は、鉄が +2 の酸化状態、クロムが +3 の酸化状態にあるFeCr ₂ O _{4として表すことができます。} ^[5]ボーキサイトは、鉱石として、または塊の形で存在する場合、細かい粒状の集合体として形成されます。鉱石の構造は板状で、弱い面に沿って破損が見られます。クロマイトは薄片として存在することもあります。薄片に見られる粒子には、自形から亜形までの結晶が散在しています。^[12]

クロム鉄鉱には、マグネシウム、第一鉄（Fe(II)）、アルミニウム、微量のチタンが含まれています。^{[5]クロム鉄鉱は、鉱物に含まれる各元素の量に基づいて、さまざまな鉱物に変化します。クロム鉄鉱は}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シリーズを形成できることを意味します。これらには、チェンミン石（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ます。チェンミン石とキシアイトはクロム鉄鉱の多形であり、マグネシオクロマイトとマグネタイトはクロム鉄鉱と同構造です。 ^[5]

クロム鉄鉱は塊状の結晶や粒状の結晶として産出され、八面体結晶として産出されることは非常に稀である。この鉱物の双晶形成はスピネルの法則で説明される{III}平面上で起こる。^[5]

鉱物の粒子は一般的に小さい。しかし、最大3cmのクロム鉄鉱の粒子が発見されている。これらの粒子は、クロムと酸素の量が少ない隕石体の液体から結晶化すると見られる。大きな粒子は、隕石体から見られる安定した過飽和状態と関連している。 ^[11]

クロム鉄鉱は、岩石の形成条件を決定する上で重要な鉱物です。クロム鉄鉱は、COやCO ₂などのさまざまなガスと反応します。これらのガスと固体クロム鉄鉱粒子との反応によりクロム鉄鉱が還元され、鉄とクロムの合金が形成されます。クロム鉄鉱とガスの相互作用により、金属炭化物が形成されることもあります。^[13]

クロマイトは結晶化の過程の初期に形成されることが分かっています。これにより、クロマイトは変成岩系列で見られる高温高圧による変質作用に対して耐性を持ちます。変成岩系列を変質することなく進行することができます。耐性の低い他の鉱物は、この系列で蛇紋石、黒雲母、ガーネットなどの鉱物に変化することが分かっています。^[14]

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]さらに、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、初期のマグマ分化によって形成されます。一般的には、オリビン、磁鉄鉱、蛇紋岩、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複合体は、大規模な層状の塩基性から超塩基性火成岩で、一部の層は90%のクロム鉄鉱で構成され、珍しい岩石タイプの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タイトを参照）。^[17]モンタナ州のスティルウォーター火成岩複合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のみ存在します。クロム鉄鉱の鉱床には、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供給源であり、南アフリカ、カナダ、フィンランド、マダガスカルで発見されています。ポディフォーム鉱床のクロム鉄鉱資源は、主にカザフスタン、トルコ、アルバニアで発見されています。ジンバブエは、層状鉱床とポディフォーム鉱床の両方で注目すべきクロム鉄鉱埋蔵量を持つ唯一の国です。^[18]

層状鉱床は大きなシート状の物体として形成され、通常は層状の苦鉄質から超苦鉄質の 火成岩複合体中に形成される。このタイプの鉱床は、世界中のクロム鉄鉱埋蔵量の98％を採取するのに使用されている。^[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苦鉄質から超苦鉄質の 火成岩地域は、花崗岩や片麻岩を含んでいた可能性のある大陸地殻に貫入したものと思われる。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になるように敷石の形で配置された。これらの板状の貫入岩の例は、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となる。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]

クロム鉄鉱は、クロム鉄鉱からなる複数の層として地層堆積物中に見られます。これらの層の厚さは1cmから1mの範囲です。横方向の深さは70kmに達することもあります。クロム鉄鉱はこれらの層の主岩であり、50～95%がクロム鉄鉱で、残りはオリビン、斜方輝石、斜長石、単斜輝石、およびこれらの鉱物のさまざまな変質生成物で構成されています。マグマに水が含まれているかどうかは、茶色の雲母の存在によって判断されます。^[19]

ポディフォーム鉱床はオフィオライト層内に見られる。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 テクトナイトである。^[19]

これらの鉱床は超塩基性岩石、特にテクトナイト中に発見されています。テクトナイトの上部に向かっ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る。「ポッド」とは、この鉱床の不確かな形態を表すために地質学者が付けた用語である。この鉱床は、母岩の葉理と平行な葉理を示している。ポディフォーム鉱床は、不一致、準一致、一致と表現される。ポディフォーム鉱床中のクロム鉄鉱は、下反角粒子として形成される。このタイプの鉱床に見られる鉱石は、結節状の組織を持ち、5～20 mm の大きさの緩く詰まった結節である。ポディフォーム鉱床に見られる他の鉱物には、カンラン石、斜方輝石、単斜輝石、パーガサイト、Na 雲母、アルバイト、およびヒスイ輝石がある。^[19]

クロム鉄鉱から抽出されたクロムは、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、天然鉱石などの安定した化合物に見られる三価（Cr(III)）の形で最も安定しています。Cr(III)は、動物や人間の脂質とグルコースの代謝に必要な必須栄養素です。対照的に、2番目に安定した形である六価クロム（Cr(VI)）は、通常、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

クロム鉱石の採掘はフェロクロムの生産を目的としており、鉄に対するクロムの比率が高いクロム鉱石濃縮物を生産します。 ^[21]また、粉砕して加工することもできます。クロム鉱石濃縮物は、石炭やコークスなどの還元剤と高温炉を組み合わせると、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。このフェロアロイとクロム鉱石濃縮物は、さまざまな健康影響を引き起こす可能性があります。明確な制御アプローチと明確な緩和技術を導入することは、人間の健康の安全性に関連する重要性をもたらす可能性があります。^[22]

クロム鉱石が地表条件にさらされると、風化と酸化が起こる可能性がある。クロム元素は、クロム鉱石中に三価（Cr-III）の形で最も多く含まれる。クロム鉱石が地上条件にさらされると、Cr-IIIは六価クロムであるCr-VIに変換される可能性がある。Cr-VIは、鉱石の乾式粉砕または粉砕によってCr-IIIから生成される。これは、粉砕プロセスの湿気と粉砕が行われている雰囲気によるものである。湿った環境と酸素のない雰囲気は、Cr-VIの生成を減らすのに理想的な条件であり、その逆はCr-VIの生成を増やすことが知られている。^[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、カドミウムなどの重金属を高濃度に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、フェロクロムが製造されると、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​​さらされる原因は、摂取、皮膚接触、および吸入です。 クロム III と VI は、人間と動物の組織に蓄積します。 この種のクロムは体から排泄されるのが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ことがあります。^[23]

環境への影響

クロム鉱石の採掘、クロム、フェロクロムの生産は環境に有毒な影響を及ぼす可能性があります。^[23]クロム鉱石の採掘は経済商品の生産に不可欠です。^[24]

土壌の浸出と産業活動からの明らかな排出の結果、クロムを含む岩石の風化が水柱に入ります。植物におけるクロムの吸収経路はまだ不明ですが、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吸収の明確なメカニズムはありません。^[25]植物研究では、クロムによる植物への毒性効果には、萎れ、葉の狭まり、成長の遅れまたは低下、クロロフィル生成の減少、根膜の損傷、根系の縮小、枯死などが含まれます。^[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ります。^[25]

産業活動や生産活動の過程で、堆積物、水、土壌、空気などはすべてクロムで汚染されます。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変化します。土壌中に存在するクロムは、Cr(VI) と Cr(III) 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の粉塵粒子は、表層水、地下水、土壌を汚染します。^[23]

水生環境では、クロムは溶解、吸着、沈殿、酸化、還元、脱着などの反応を起こす可能性があります。^[25]水生生態系では、クロムは無脊椎動物、水生植物、魚、藻類に蓄積します。これらの毒性効果は、生物の性別、大きさ、発育段階などによって異なるため、それぞれ異なって作用します。水温、アルカリ度、塩分、pH、その他の汚染物質なども、生物に対する毒性効果に影響を与えます。^[23]

クロム鉄鉱は熱安定性が高いため、耐火材料として使用できます。^[26]クロム鉄鉱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、ステンレス鋼の製造に使用されます。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ます。 ^[27]宝石として使用されることもあります。^[28]

クロムは一般的には工業用金属として知られています。硬く、耐腐食性があります。非鉄合金、ステンレス鋼の製造、皮革加工用化学薬品、顔料の製造などに使用されます。ステンレス鋼には通常約18パーセントのクロムが含まれています。ステンレス鋼に含まれるクロムは硬化して耐腐食性を高める物質です。^[29]

光沢のある自動車の外装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により、ジェットエンジンは高ストレス下、化学的に酸化する環境、高温の状況でも作動することができる。^[29]

磁器タイルは、多くの場合、さまざまな色や顔料で製造されます。速焼磁器タイルの色に通常寄与するのは黒色（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）の代わりに安価で無機質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]

• 
  単純偏光（PPL）による岩石顕微鏡下のクロム鉄鉱サンプル
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  クロム鉄鉱粒子と白色方解石粒子
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  メリーランド州ボルチモア産の緑色のクロム酸化物
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  シエラレオネ東部州ケネマ地区ハンガ産の大きな等量クロム鉄鉱結晶

• 合金鋼
• 削減の可能性
• リング・オブ・ファイア（オンタリオ州北部）

ウィキメディア・コモンズには、クロマイトに関連するメディアがあります。

• ミネラルズ.net
• USGS 情報。