Vlastnosti
- Atomový symbol: Fe
- Atomové číslo: 26
- Prvek Kategorie: Přechodový kov
- Hustota: 7,874 g / cm3
- Bod tání: 1538 ° C (2800 ° F)
- Bod varu: 5182 ° F (2862 ° C)
- Moh 's tvrdost: 4
Charakteristiky
Čisté železo je stříbrný kov, který dobře vede teplo a elektřinu.
Železo je příliš reaktivní, aby existovalo samo, takže se vyskytuje pouze přirozeně v zemské kůře jako železné rudy, jako je hematit, magnetit a siderit.
Jeden z charakteristik železa je, že je silně magnetický . Při vystavení silnému magnetickému poli může být jakýkoliv kus železa magnetizován. Vědci věří, že zemské jádro tvoří asi 90% železa. Magnetická síla, kterou toto železo vytváří, vytváří magnetické severní a jižní póly.
Dějiny
Železo bylo pravděpodobně původně objeveno a extrahováno v důsledku spalování dřeva na rudy obsahujících železo. Uhlík v dřevě by reagoval s kyslíkem v rudě a zanechal měkký kovový železný kov. Těžba železa a používání železa pro výrobu nástrojů a zbraní začaly v Mesopotamii (dnešní Irák) mezi lety 2700 a 3000 př.nl. Během následujících 2000 let se znalosti tavení železa šířily na východ do Evropy a Afriky během období známého jako doba železa.
Od 17. století až do doby, kdy byla v polovině 19. století objevena účinná metoda výroby oceli, se železo stále více využívalo jako konstrukční materiál pro výrobu lodí, mostů a budov. Eiffelova věž, postavená v roce 1889, byla vyrobena z více než 7 milionů kilogramů tepaného železa.
Rez
Nejtěžší charakteristikou železa je jeho tendence vytvářet rzi.
Rust (nebo oxid železitý) je hnědá, drobivá směs, která se vytváří, když je železo vystaveno působení kyslíku. Kyslíkový plyn obsažený ve vodě zrychluje proces koroze . Rychlost houževnatosti - jak rychle se železo mění na oxid železitý - je určeno obsahem kyslíku ve vodě a povrchem železa. Slaná voda obsahuje více kyslíku než čerstvou vodu, což je důvod, proč slaná voda ruší železo rychleji než sladká voda.
Rustu lze předejít potažením železa jinými kovy, které jsou chemicky atraktivnější pro kyslík, jako je zinek (proces nanášení železa se zinkem se nazývá galvanizace ). Nic nejefektivnějším způsobem ochrany proti korozi je použití oceli.
Ocel
Ocel je slitina železa a různých dalších kovů, které se používají ke zlepšení vlastností (pevnost, odolnost proti korozi, tolerance tepla atd.) Ze železa. Změna typu a množství prvků legovaných železem může způsobit různé typy oceli.
Nejběžnějšími oceli jsou:
- Uhlíkové oceli, které obsahují od 0,5 do 1,5% uhlíku. Jedná se o nejobvyklejší oceli a používá se pro autosedačky, lodní trupy, nože, stroje a všechny typy konstrukčních podpěr.
- Nízko legované oceli, které obsahují 1 až 5% jiných kovů (často niklu nebo wolframu ). Niklová ocel je schopna odolat vysokému napětí a je proto často používána při konstrukci mostů a při výrobě cyklistických řetězů. Volfrámové oceli si udržují svůj tvar a sílu ve vysokoteplotních prostředích a používají se při nárazových, rotačních aplikacích, jako jsou vrtáky.
- Vysoce legované oceli, které obsahují 12-18% jiných kovů, se používají pouze ve speciálních aplikacích kvůli jejich vysokým nákladům. Jedním z příkladů vysoce legované oceli je nerezová ocel, která často obsahuje chrom a nikl, ale může být také legována různými kovy. Nerezová ocel je velmi silná a vysoce odolná proti korozi.
Výroba
Většina železa se vyrábí z rud nacházejících se v blízkosti zemského povrchu. Moderní techniky těžby používají vysoké pece, které jsou charakterizovány vysokými stohmi (komínové konstrukce). Železo se nalévá do stohů spolu s koksem (uhlí bohatým na uhlí) a vápencem (uhličitanem vápenatým). V současné době železná ruda běžně prochází procesem sintrování před vstupem do stohu. Tento proces tvoří kusy rudy, které jsou v rozmezí 10-25 mm, které se pak smísí s koksem a vápencem.
Sintrovaná ruda, koks a vápenec se pak vylijí do stohu, kde hoří při teplotách 1800 ° C. Koks spaluje jako zdroj tepla a spolu s kyslíkem, který je natřený do pece, pomáhá vytvářet redukční plyn na oxid uhelnatý. Vápenec se mísí s nečistotami v železe za vzniku strusky. Troska je lehčí než roztavená železná ruda, takže se zvedá na povrch a lze ji snadno vyjmout. Horké železo se pak nalije do forem pro výrobu surového železa nebo přímo připraveného pro výrobu oceli.
Surové železo stále obsahuje mezi 3,5-4,5% uhlíku spolu s dalšími nečistotami a je křehké a obtížně pracovat. Pro snížení obsahu nečistot fosforu a síry v surovém železi za účelem výroby litiny se používají různé postupy. Kované železo, které obsahuje méně než 0,25% uhlíku, je tvrdá, tvárná a snadno svařovaná, ale je mnohem pracnější a dražší než nízkouhlíková ocel.
V roce 2010 činila celosvětová výroba železné rudy zhruba 2,4 miliard tun. Čína, největší výrobce, představovala přibližně 37,5% veškeré produkce, zatímco další hlavní producentské země zahrnují Austrálii, Brazílii, Indii a Rusko.
Aplikace
Železo bylo kdysi primárním konstrukčním materiálem, ale ve většině aplikací bylo dlouho nahrazeno ocelí. Nicméně litina je stále používána v potrubí a vyrábí automobilové díly, jako jsou hlavy válců, bloky válců a skříně převodovek. Tepaného železa se stále používá k výrobě domácích dekoračních předmětů, jako jsou stojany na víno, svíčky a záclonové tyče.
Reference
Street, Arthura. & Alexander, WO 1944. Kovy v službě člověka . 11. vydání (1998).
Mezinárodní asociace prasat.
Zdroj: www.pigiron.org.uk
USGS. Přehledy minerálních komodit: Železo a ocel (2011).
Zdroj: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/iron_&_steel