Metalni profil: Svojstva željeza i svojstva

Željezo koristi od ljudi datira oko 5000 godina. To je drugi najplemenitiji metalni element u zemljinoj koru i prvenstveno se koristi za proizvodnju čelika, jednog od najvažnijih strukturnih materijala na svijetu.

Nekretnine

Atomski simbol: Fe
Atomski broj: 26
Kategorija elemenata: tranzicijski metal
Gustoća: 7,874 g / cm³
Talište: 2800 ° F (1538 ° C)
Točka vrenja: 5182 ° F (2862 ° C)
Moh's tvrdoća: 4

Karakteristike

Čista željeza je srebrni metal koji dobro provodi toplinu i struju. Željezni je previše reaktivan da postoji sam, tako da se prirodno pojavljuje samo u zemljinoj kori kao željezne rude, kao što su hematit, magnetit i siderit.

Jedno od željeza koje se identificiraju je da je snažno magnetski. Izložen jakom magnetskom polju, bilo koji komad željeza može se magnetizirati. Znanstvenici vjeruju da je zemlja jezgra sastavljena od oko 90% željeza. Magnetska sila proizvedena ovim željezom stvara magnetske sjeverne i južne polove.

Povijest

Željezo je vjerojatno izvorno otkriveno i izvađeno kao rezultat paljenja drva na vrhu željeza koje su sadržavale rude. Ciklus u drvu bi reagirao s kisikom u rude, ostavljajući mekani, plijesni željezni metal. U Mesopotamiji (današnji Irak) započeo je taljenje željeza i upotreba željeza za izradu alata i oružja između 2700 i 3000 prije Krista. Tijekom sljedećih 2000 godina, znanje topljenja od željeza proširilo se prema istoku u Europu i Afriku tijekom razdoblja poznatog kao željezno doba.

Od 17. stoljeća sve do djelotvorne metode proizvodnje čelika otkriveno je sredinom 19. stoljeća, željezo je sve više korišteno kao strukturni materijal za izradu brodova, mostova i zgrada. Eiffelov toranj, izgrađen 1889. godine, izrađen je preko 7 milijuna kilograma kovanog željeza.

hrđa

Željezna najopasnija karakteristika je njegova sklonost stvaranju hrđe. Rust (ili oksid željeza) je smeđi, mrvljiv spoj koji nastaje kada je željezo izloženo kisiku. Plin kisika koji se nalazi u vodi ubrzava proces korozije. Brzina hrđe - koliko brzo se željezo pretvara u oksid željeza - određuje se sadržaj kisika u vodi i površini željeza. Slane vode sadrže više kisika od slatke vode, zbog čega solna voda rashodira željezo brže od slatke vode.

Rust se može spriječiti premazivanjem željeza s drugim metalima koji su kemijski atraktivniji za kisik, kao što je cink (proces premazivanja željeza s cinkom naziva se "galvanizacija"). Međutim, najučinkovitiji način zaštite od hrđe je uporaba čelika.

Željezo

Čelik je legura od željeza i raznih drugih metala, koji se koriste za poboljšanje svojstava (čvrstoća, otpornost na koroziju, toleranciju topline itd.) Željeza. Promjena vrste i količine elemenata legiranih željeza mogu proizvesti različite vrste čelika.

Najčešći čelici su:

Karbonski čelici, koji sadrže između 0,5-1,5% ugljika. To su najčešći čelici i koriste se za auto tijela, brodske trupove, noževe, strojeve i sve vrste konstrukcijskih nosača.
Niskolegirani čelici, koji sadrže 1-5% drugih metala (često nikla ili volframa). Nikal čelik je u stanju izdržati visoku razinu napetosti i stoga se često koristi u izgradnji mostova i za izradu lancima bicikla. Volframski čelici zadržavaju svoj oblik i čvrstoću u okruženjima s visokim temperaturama i koriste se u udarcima, rotacijskim aplikacijama, kao što su bušilice.
Visoko legirani čelici, koji sadrže 12-18% drugih metala, koriste se samo u specijalnim aplikacijama zbog visokih troškova. Jedan primjer čelika visokog sloja je nehrđajući čelik, koji često sadrži krom i nikal, ali može se također legirati s različitim ostalim metalima. Nehrđajući čelik je vrlo jak i vrlo otporan na koroziju.

Proizvodnja željeza

Većina željeza proizvodi se od ruda koje se nalaze blizu površine Zemlje. Moderne tehnike ekstrakcije koriste visoke peći, koje karakteriziraju njihovi visoki stupovi (dimnjake). Željezno se ulijeva u hrpe uz koks (ugljen bogat ugljikom) i vapnenac (kalcijev karbonat). Danas, željezna rudače normalno prolazi kroz proces sinteriranja prije ulaska u snop. Ovaj proces tvori komade rude koje su između 10-25mm, koje se zatim pomiješaju s koksom i vapnencem.

Sinterirana rudača, koks i vapnenac se zatim izlije u hrpu gdje gori na temperaturama od 1800 ° C. Koks se gori kao izvor topline i, zajedno s kisikom koji je pušen u peć, pomaže da formira redukcijski plin ugljični monoksid. Vapnenac se miješa s nečistoćama u željezo kako bi nastala troska. Šljaka je lakša od rastaljenog željezne rude, tako da se diže na površinu i lako se uklanja. Vruće željezo se zatim izlije u kalupe za proizvodnju sirovog željeza ili izravno pripremljeno za proizvodnju čelika.

Željezni čelik još uvijek sadrži između 3,5-4,5% ugljika, zajedno s ostalim nečistoćama, i lomljiv je i teško je surađivati. Razni postupci se koriste za smanjivanje nečistoća fosfora i sumpora u sirovom željezo kako bi se proizvelo lijevano željezo. Kovanog željeza, koji sadrži manje od 0,25% ugljika, je tvrdo, lako kobasivo i lako zavareno, ali je puno naporno i skupo za proizvodnju od čelika s niskim udjelom ugljika.

U 2010. godini globalna proizvodnja željezne rude iznosila je oko 2,4 milijarde tona. Kina, najveći proizvođač, činilo je oko 37,5% ukupne proizvodnje, dok su druge glavne zemlje koje su se proizvodile bile Australija, Brazil, Indija i Rusija.

Prijave

Željezo je nekoć bio primarni strukturni materijal, ali već je zamijenjen čelikom u većini primjena. Ipak, od lijevanog željeza i dalje se koristi u cijevima i za izradu automobilskih dijelova, kao što su glave cilindra, blokovi cilindra i kutije mjenjača. Kovanog željeza se još uvijek koristi za izradu predmeta za kućanstvo, kao što su vrećice za vino, svijećnjaci i šipke za zavjese.

Reference

Ulica, Arthur. & Alexander, W. O. 1944. Metali u službi čovjeka , 11. izdanje (1998).Međunarodna udruga za željezo svinja.Izvor: www.pigiron.org.ukUSGS. Mineralni robni sažetci: željezo i čelik (2011).Izvor: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/iron_&_steel