Proprietăți
- Simbol Atomic: Fe
- Număr atomic: 26
- Element Categorie: Metal de tranziție
- Densitate: 7,874 g / cm3
- Punctul de topire: 2800 ° F (1538 ° C)
- Punct de fierbere: 5182 ° F (2862 ° C)
- Duritatea lui Moh: 4
caracteristici
Fierul pur este un metal de culoare argintie care conduce caldura si electricitatea bine.
Fierul este prea reactiv pentru a exista singur, astfel încât să apară numai natural în scoarța pământului ca minereuri de fier, cum ar fi hematit, magnetit și siderit.
Una dintre caracteristicile de identificare a fierului este că este puternic magnetică . Expuse la un câmp magnetic puternic, orice bucată de fier poate fi magnetizată. Oamenii de știință cred că nucleul pământului este alcătuit din circa 90% fier. Forța magnetică produsă de acest fier este ceea ce creează polii magnetici nordici și sudici.
Istorie
Fierul a fost probabil descoperit inițial și extras ca urmare a arderii lemnului pe partea de sus a minereurilor care conțin fier. Carbonul din lemn ar fi reacționat cu oxigenul din minereu, lăsând un metal metalic moale și maleabil . Turnarea fierului și folosirea fierului pentru a produce unelte și arme au început în Mesopotamia (actualul Irak) între 2700 și 3000 î.Hr. În următorii 2000 de ani, cunoștințele de topire a fierului s-au răspândit spre est în Europa și Africa, într-o perioadă cunoscută sub numele de epoca fierului.
Din secolul al XVII-lea până la găsirea unei metode eficiente de producere a oțelului la mijlocul secolului al XIX-lea, fierul a fost din ce în ce mai folosit ca material structural pentru a face nave, poduri și clădiri. Turnul Eiffel, construit în 1889, a fost realizat folosind peste 7 milioane de kilograme de fier forjat.
Rugini
Principalul caracter ironic al fierului este tendința sa de a forma rugina.
Rugul (sau oxidul feric) este un compus maroniu care se produce atunci când fierul este expus la oxigen. Gazul de oxigen conținut în apă accelerează procesul de coroziune . Rata ruginii - cât de rapid se transformă fierul în oxid feric - este determinată de conținutul de oxigen al apei și de suprafața fierului. Apa sarata contine mai mult oxigen decat apa proaspata, motiv pentru care ruginile cu apa sarata sculeaza mai repede decat apa proaspata.
Rugul poate fi prevenit prin acoperirea fierului cu alte metale care sunt mai atractive din punct de vedere chimic pentru oxigen, cum ar fi zincul (procesul de acoperire a fierului cu zinc este denumit " galvanizare "). Cu toate acestea, metoda cea mai eficientă de protecție împotriva ruginii este utilizarea oțelului.
Oţel
Oțelul este un aliaj de fier și diverse alte metale, care sunt utilizate pentru a spori proprietățile (rezistență, rezistență la coroziune, toleranță la căldură etc.) de fier. Schimbarea tipului și a cantității elementelor aliate cu fier poate produce diferite tipuri de oțel.
Cele mai comune oțeluri sunt:
- Oțelurile carbonice, care conțin între 0,5 și 1,5% carbon. Acestea sunt cele mai obișnuite oțeluri și sunt utilizate pentru corpuri auto, nave de navă, cuțite, mașini și toate tipurile de suport structural.
- Oțeluri slab aliate, care conțin 1-5% alte metale (adesea nichel sau tungsten ). Oțelul de nichel este capabil să reziste la niveluri ridicate de tensiune și, prin urmare, este adesea utilizat în construcția podurilor și pentru realizarea lanțurilor de biciclete. Oțelurile din oțeluri de tungsten păstrează forma și rezistența lor în medii cu temperaturi înalte și sunt utilizate în aplicații de impact, rotative, cum ar fi burghie.
- Oțelurile foarte aliate, care conțin 12-18% din alte metale, sunt utilizate numai în aplicații de specialitate datorită costului lor ridicat. Un exemplu de oțel de înaltă calitate este oțelul inoxidabil, care conține adesea crom și nichel, dar poate fi aliat și cu alte metale. Oțelul inoxidabil este foarte puternic și foarte rezistent la coroziune.
producere
Majoritatea fierului este produsă din minereuri găsite în apropierea suprafeței pământului. Tehnicile moderne de extracție utilizează cuptoare de furnal, caracterizate prin stive înalte (structuri de tip coș de fum). Fierul este turnat în stive împreună cu cocsul (cărbune bogat în carbon) și calcarul (carbonat de calciu). În prezent, minereul de fier trece în mod normal printr-un proces de sinterizare înainte de a intra în stivă. Acest proces formează bucăți de minereu care sunt între 10-25mm, care sunt apoi amestecate cu cocs și calcar.
Minele, cocsul și calcarul sinterizat sunt apoi turnate în teancul în care ard la temperaturi de 1800 ° C. Cocsul arde ca o sursă de căldură și, împreună cu oxigenul care este împușcat în cuptor, ajută la formarea monoxidului de carbon cu gaz reducător. Calcarele se amestecă cu impurități în fier pentru a forma zgură. Zgura este mai ușoară decât minereul de fier topit, deci se ridică la suprafață și poate fi ușor îndepărtată. Fierul fierbinte este apoi turnat în matrițe pentru a produce fier sau pregătit direct pentru producția de oțel.
Fonta de fier încă conține între 3,5-4,5% carbon, împreună cu alte impurități, și este greu și greu de utilizat. Se folosesc diferite procedee pentru a reduce impuritățile de fosfor și de sulf din fontă pentru a produce fontă. Fierul forjat, care conține mai puțin de 0,25% carbon, este dur, maleabil și ușor sudat, dar este mult mai laborios și mai costisitor de realizat decât oțelul cu conținut scăzut de carbon.
În 2010, producția globală de minereu de fier a fost de aproximativ 2,4 miliarde de tone. China, cel mai mare producător, a reprezentat aproximativ 37,5% din totalul producției, în timp ce alte țări producătoare majore includ Australia, Brazilia, India și Rusia.
Aplicații
Fierul a fost odată materialul structural principal, dar a fost mult timp înlocuit cu oțel în majoritatea aplicațiilor. Cu toate acestea, fonta este încă utilizată în țevi și pentru fabricarea pieselor auto, cum ar fi capetele cilindrilor, blocurile de cilindri și cutiile cutiei de viteze. Fierul forjat este încă folosit pentru a produce articole decorative de origine, cum ar fi rafturile de vin, suporturile pentru lumanari și barele de perdele.
Referințe
Street, Arthur. & Alexander, WO 1944. Metalele în serviciul omului . Ediția a 11-a (1998).
Asociația Internațională de Fier de Porc.
Sursă: www.pigiron.org.uk
USGS. Rezumatele minerale ale mărfurilor: fier și oțel (2011).
Sursa: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/iron_&_steel