Metalo profilis: geležis

Geležies naudojimas žmonių prasideda apie 5000 metų. Tai antras labiausiai paplitusio metalo elementas žemės plutoje ir pirmiausia naudojamas gaminant plieną , kuri yra viena iš svarbiausių pasaulyje statybinių medžiagų.

Savybės

• Atominis simbolis: Fe
• Atominis numeris: 26
• Elementas Kategorija: Transition Metal
• Tankis: 7.874g / cm ³
• Lydymosi temperatūra: 2800 ° F (1538 ° C)
• Virimo temperatūra: 5182 ° F (2862 ° C)
• Moho kietumas: 4

Charakteristikos

Gryna geležis yra sidabro spalvos metalas, kuris gerai valdo šilumą ir elektros energiją.

Geležis yra pernelyg reaguoja į egzistavimą, todėl jis natūraliai atsiranda tik žemės rutulyje kaip geležies rūdos, tokios kaip hematitas, magnetitas ir sideritas.

Viena geležies identifikavimo savybių yra ta, kad ji yra stipriai magnetinė . Prieš stiprų magnetinį lauką, bet koks geležies gabalas gali būti užmigdomas. Mokslininkai mano, kad žemės branduolį sudaro apie 90% geležies. Magnetinė jėga, kurią gamina šis geležis, sukuria magnetinius Šiaurės ir Pietų polius.

Istorija

Tikėtina, kad geležis iš pradžių buvo atrasta ir išgauta dėl medžio deginimo ant geležies turinčių rūdų. Anglies kiekis medienoje reagavo su deguonimi rūdoje, paliekant minkštą kaliojo ketaus metalą. Geležies lydymas ir geležies naudojimas įrankių ir ginklų įsigijimui prasidėjo Mesopotamijoje (dabartiniame Irake) nuo 2700 iki 3000 m. Prieš Kristų. Per ateinančius 2000 metų geležies lydymo žinios sklido į rytus į Europą ir Afriką per laikotarpį, vadinamą geležies amžiuje.

Nuo XVII a., Kol XIX a. Viduryje buvo atrastas veiksmingas plieno gamybos būdas, geležis vis dažniau naudojama kaip konstrukcinė medžiaga laivams, tiltui ir pastatams gaminti. 1889 m. Pastatytas Eifelio bokštas pagamintas naudojant daugiau kaip 7 milijonus kilogramų kalvoto geležies.

Rūdys

Labiausiai nerimą kelianti geležies charakteristika yra jos tendencija formuotis rūdžių.

Rūdys (arba geležies oksidas) yra rudas, trupinamas junginys, kuris susidaro, kai geležis yra veikiama deguonies. Vandenyje esantys deguonies dujos pagreitina korozijos procesą. Rūdžių laipsnis - kaip greitai geležis virsta geležies oksidu - priklauso nuo deguonies kiekio vandens ir geležies paviršiaus ploto. Druskos vandenyje yra daugiau deguonies nei gėlas vanduo, todėl druskos vanduo rūdžių geležis greičiau nei gėlas vanduo.

Rūdas gali būti užkerta kelią dengiant geležį su kitais metalais, kurie chemiškai patrauklesni deguoniui, pvz., Cinkui (geležies su cinku dengimo procesas vadinamas " galvanizavimu "). Tačiau efektyviausias būdas apsaugoti nuo rūdžių yra plieno naudojimas.

Plienas

Plienas yra geležies ir įvairių kitų metalų lydinys, naudojamas geležies savybėms (stiprumui, atsparumui korozijai, šilumos tolerancijai ir tt) padidinti. Lydinčiųjų su geležimi elementų tipo ir kiekio keitimas gali sukelti įvairių rūšių plieną.

Dažniausiai naudojami plienai:

1. Angliniai plienai, kurių sudėtyje yra 0,5-1,5% anglies. Tai yra labiausiai paplitęs plienas ir naudojamas automobilyje, laivo korpusuose, peilių, mašinų ir visų tipų konstrukcinių atramų.
2. Žemais legiruotojo plieno, kuriame yra 1-5% kitų metalų (dažnai nikelio ar volframo ). Nikelio plienas gali atlaikyti aukštą įtempimo lygį ir todėl dažnai naudojamas tiltų statybai ir dviračių grandinių gamybai. Volframiniai plienai išlaiko savo formą ir stiprumą aukštoje temperatūroje ir naudojami smūgiuose, rotacinėse srityse, tokiose kaip grąžtai.

1. Didelio lydinio plieno, kurio sudėtyje yra 12-18% kitų metalų, naudojami tik specialybės dėka dėl jų didelių sąnaudų. Vienas iš aukšto legiruotojo plieno pavyzdžių yra nerūdijantis plienas, kuriame dažnai yra chromo ir nikelio, bet gali būti legiruotos ir įvairiais kitais metalais. Nerūdijantis plienas yra labai stiprus ir labai atsparus korozijai.

Gamyba

Dauguma geležies yra pagaminta iš rūdų, rastų šalia žemės paviršiaus. Šiuolaikinės ekstrahavimo technologijos naudoja aukštakrosnes, kurias apibūdina aukšti kaminai (kaminų struktūros). Geležis išpilama į kolonus kartu su koksu (anglimi turtinga anglimi) ir klinčiu (kalcio karbonatu). Šiandien geležies rūdos paprastai patenka į kietiklių procesą. Šis procesas sudaro rūdos gabalus, kurie yra tarp 10-25 mm, kurie yra sumaišyti su koksu ir klinčiu.

Kalkinta ruda, koksas ir kalkakmenis išpilama į kaminą, kur deginama esant 1800 ° C temperatūrai. Koksas degina kaip šilumos šaltinis, o kartu su deguonimi, kuris yra įkaitinamas į krosnį, padeda susidaryti redukuojančią anglies monoksidą. Kalkakmenis sumaišomi su priemaišomis geležies, kad susidarytų šlakas. Šlakas yra lengvesnis nei išlydyta geležies rūdos, todėl ji pakyla iki paviršiaus ir gali būti lengvai pašalinta. Karštasis geležis išpilamas į liejimo formas, kad pagamintų ketaus arba būtų tiesiogiai paruoštas plieno gamybai.

Ketaus vis dar yra 3,5-4,5% anglies, kartu su kitomis priemaišomis, yra trapios ir sunku dirbti. Ketaus gamybai naudojami įvairūs procesai, siekiant sumažinti fosforo ir sieros priemaišas ketaus. Kaliojo ketaus, kuriame yra mažiau kaip 0,25% anglies, yra kietas, kaliojo ir lengvai suvirinamas, tačiau jis yra daug sunkesnis ir brangesnis negu mažo anglies plieno.

2010 m. Geležies rūdos gamyba sudarė apie 2,4 mlrd. Tonų. Kinija, didžiausias gamintojas, sudarė apie 37,5% visos produkcijos, o kitos pagrindinės gaminančios šalys - Australija, Brazilija, Indija ir Rusija.

Programos

Geležis kažkada buvo pagrindinė konstrukcinė medžiaga, tačiau daugeliu atvejų ji ilgą laiką buvo pakeista plienu. Nepaisant to, ketaus vis dar naudojamas vamzdžiams ir automobilių dalims, pvz., Cilindrų galvutėms, cilindrų blokams ir pavarų dėžėms. Kalvinis geležis vis dar naudojamas namų dekoro reikmenims gaminti, pavyzdžiui, vyno laikikliams, žvakidėms ir užuolaidoms.

Nuorodos

Gatvė, Arturas. & Alexander, WO 1944. Metalai žmogaus tarnyboje . 11 leidimas (1998 m.).
Tarptautinė ketaus asociacija.
Šaltinis: www.pigiron.org.uk
USGS. Mineralinių prekių santraukos: geležis ir plienas (2011 m.).
Šaltinis: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/iron_&_steel