Spisu treści:
Wideo: SKĄD BIERZE SIĘ STAL? 2024
Zużycie żelaza przez ludzi sięga około 5000 lat. Jest to drugi najbogatszy metalowy element w skorupie ziemskiej i jest wykorzystywany przede wszystkim do produkcji stali, jednego z najważniejszych materiałów konstrukcyjnych na świecie.
Nieruchomości
- Atomowy Symbol: Fe
- Liczba atomowa: 26
- Kategoria elementu: Metal przejściowy
- Gęstość: 7,874 g / cm3
- Temperatura topnienia: 2800 ° F (1538 ° C)
- Temperatura wrzenia: 5182 ° F (2862 ° C)
- Twardość Mohsa: 4
Charakterystyka
Czyste żelazo to srebrny metal, który dobrze przewodzi ciepło i elektryczność. Żelazo jest zbyt reaktywne by istnieć samodzielnie, więc występuje naturalnie w skorupie ziemskiej jako rudy żelaza, takie jak hematyt, magnetyt i syderyt.
Jedną z cech charakterystycznych żelaza jest to, że jest silnie magnetyczny. Odsłonięty do silnego pola magnetycznego, dowolny kawałek żelaza może być namagnesowany. Naukowcy uważają, że rdzeń Ziemi składa się w około 90% z żelaza. Siła magnetyczna wytwarzana przez to żelazo tworzy magnetyczny biegun północny i południowy.
Historia
Żelazo prawdopodobnie pierwotnie odkryto i wydobyto w wyniku spalania drewna na rudach zawierających żelazo. Węgiel w drewnie reagowałby z tlenem w rudzie, pozostawiając miękki, ciągliwy metal żelazny. W Mezopotamii (dzisiejszy Irak) rozpoczęło się hutnictwo żelaza i wykorzystywanie żelaza do produkcji narzędzi i broni w latach 2700-3000 pne. W ciągu następnych 2000 lat wiedza o hutnictwie żelaza rozprzestrzeniła się na wschód do Europy i Afryki w okresie znanym jako Żelazna Era.
Od XVII wieku do czasu odkrycia w połowie XIX w. Skutecznej metody produkcji stali żelazo było coraz częściej wykorzystywane jako materiał konstrukcyjny do budowy statków, mostów i budynków. Wieża Eiffla, zbudowana w 1889 roku, została wykonana przy użyciu ponad 7 milionów kilogramów kutego żelaza.
Rdza
Najbardziej kłopotliwą cechą żelaza jest tendencja do tworzenia rdzy. Rdza (lub tlenek żelaza) jest brązowym, kruchym związkiem, który powstaje, gdy żelazo jest wystawione na działanie tlenu. Gaz tlenowy zawarty w wodzie przyspiesza proces korozji. Szybkość rdzy - jak szybko żelazo zmienia się w tlenek żelaza - zależy od zawartości tlenu w wodzie i powierzchni żelaza. Słona woda zawiera więcej tlenu niż świeżej wody, dlatego sól morska rdzewieje żelazo szybciej niż świeża woda.
Rdzy można zapobiegać przez powlekanie żelaza innymi metalami, które są chemicznie bardziej atrakcyjne dla tlenu, takimi jak cynk (proces powlekania żelaza cynku jest nazywany "cynkowaniem"). Jednak najbardziej skuteczną metodą ochrony przed rdzą jest użycie stali.
Stal
Stal to stop żelaza i różne inne metale, które są wykorzystywane do polepszania właściwości (wytrzymałości, odporności na korozję, tolerancji ciepła itp.) Żelaza. Zmiana rodzaju i ilości pierwiastków stopowanych żelazem może wytworzyć różne rodzaje stali.
Najpopularniejsze gatunki stali to:
- Stale węglowe, które zawierają 0,5-1,5% węgla. Są to najczęściej używane stale i są stosowane do karoserii samochodowych, kadłubów statków, noży, maszyn i wszelkiego rodzaju podpór konstrukcyjnych.
- Stale niskostopowe, które zawierają 1-5% innych metali (często niklu lub wolframu). Stal niklowa jest w stanie wytrzymać wysoki poziom naprężenia i dlatego jest często używana do budowy mostów i wykonywania łańcuchów rowerowych. Stale wolframowe zachowują swój kształt i wytrzymałość w środowiskach o wysokiej temperaturze i są stosowane w aplikacjach uderzeniowych, obrotowych, takich jak wiertła.
- Stale wysokostopowe, które zawierają 12-18% innych metali, są stosowane tylko w specjalistycznych zastosowaniach ze względu na ich wysoki koszt. Jednym z przykładów stali wysokostopowych jest stal nierdzewna, która często zawiera chrom i nikiel, ale może być również stopowana z różnymi innymi metalami. Stal nierdzewna jest bardzo mocna i wysoce odporna na korozję.
Produkcja żelaza
Większość żelaza produkowana jest z rud znajdujących się w pobliżu powierzchni ziemi. Nowoczesne techniki ekstrakcji wykorzystują wielkie piece, które charakteryzują się wysokimi stosami (konstrukcje przypominające kominy). Żelazo wlewa się do stosów wraz z koksem (węgiel bogaty w węgiel) i wapieniem (węglanem wapnia). W dzisiejszych czasach rudy żelaza przechodzą zwykle proces spiekania przed wejściem do stosu. Ten proces tworzy kawałki rudy o średnicy 10-25 mm, które następnie miesza się z koksem i wapieniem.
Spiekana ruda, koks i wapień są następnie wylewane do stosu, gdzie płonie w temperaturze 1800 ° C. Koks płonie jako źródło ciepła, a wraz z tlenem, który wystrzeliwuje do pieca, pomaga w tworzeniu tlenku węgla w postaci gazu redukującego. Wapień miesza się z zanieczyszczeniami w żelazie, tworząc żużel. Żużel jest lżejszy niż roztopiona ruda żelaza, więc unosi się na powierzchnię i można go łatwo usunąć. Gorące żelazo jest następnie wlewane do form w celu wytworzenia surówki lub bezpośrednio przygotowane do produkcji stali.
Surówka zawiera około 3,5-4,5% węgla wraz z innymi zanieczyszczeniami, jest krucha i trudna w obróbce. Stosuje się różne procesy w celu obniżenia zawartości fosforu i siarki w surówce żelaza w celu wytworzenia żeliwa. Kutego żelaza, który zawiera mniej niż 0,25% węgla, jest wytrzymały, ciągliwe i łatwo spawane, ale jest znacznie bardziej pracochłonne i kosztowne w produkcji niż stali niskowęglowej.
W 2010 r. Produkcja globalnej rudy żelaza wynosiła około 2,4 mld ton. Chiny, największy producent, stanowiły około 37,5% całej produkcji, podczas gdy inne główne kraje produkujące to Australia, Brazylia, Indie i Rosja.
Aplikacje
Żelazo było niegdyś głównym materiałem konstrukcyjnym, ale od dawna było zastępowane przez stal w większości zastosowań. Niemniej jednak, żeliwo jest nadal używane w rurach i do produkcji części samochodowych, takich jak głowice cylindrów, bloki cylindrów i skrzynie biegów. Kutego żelaza nadal używa się do produkcji przedmiotów dekoracyjnych, takich jak stojaki na wino, świeczniki i karnisze.
Referencje
Ulica, Arturze. & Alexander, W. O. 1944. Metale w służbie człowieka . 11 edycja (1998).Międzynarodowe Stowarzyszenie Żeliwa.Źródło: www.pigiron.org.ukUSGS. Podsumowania dotyczące surowców mineralnych: Żelazo i stal (2011).Źródło: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/iron_&_steel
Profil metalowy: Chrom - właściwości, historia i więcej
Chrom metaliczny jest powszechnie uznawany za jego zastosowanie w chromowaniu (które często określa się po prostu "chromem").
Profil metalowy: Właściwości żelaza i właściwości
Czym jest żelazo? Zużycie żelaza przez ludzi sięga około 5000 lat. Jest to drugi najbogatszy metalowy element w skorupie ziemskiej.
Właściwości magnezu, właściwości i zastosowania
Dowiedz się więcej o magnezie, najlżejszym z metalowych elementów, używanym głównie w stopach konstrukcyjnych ze względu na jego niewielką masę, wytrzymałość i odporność na korozję.