金属外形:铁

人类使用铁可以追溯到5000年前。 它是地壳中次丰富的金属元素,主要用于生产世界上最重要的结构材料之一 -

属性

特点

纯铁是一种银色金属,可以很好地传导热量和电力。

铁过于活跃而不能单独存在,所以它只能在地壳中自然存在,如铁矿石,如赤铁矿,磁铁矿和菱铁矿。

铁的识别特征之一是它具有强磁性 。 暴露在强磁场下,任何一块铁都可以被磁化。 科学家认为,地球的核心是由大约90%的铁组成。 这个铁杆产生的磁力是创造磁性北极和南极的磁力。

历史

铁最初可能是由于含铁矿石顶部的木材燃烧而被发现和提取的。 木材中的碳会与矿石中的氧气发生反应,留下柔软的可锻铸铁金属。 公元前2700年至公元前3000年,美索不达米亚(现在的伊拉克)开始炼铁和使用铁制造工具和武器。 在接下来的2000年中,在铁器时代,铁冶炼知识向东欧蔓延到欧洲和非洲。

从十七世纪开始,直到19世纪中期才发现了一种高效的钢铁生产方法,铁作为船舶,桥梁和建筑物的结构材料越来越多地被使用。 埃菲尔铁塔建于1889年,使用超过700万公斤锻铁制成。

铁的最麻烦的特点是它有形成铁锈的倾向。

铁锈(或氧化铁)是铁暴露于氧气时产生的棕色易碎化合物。 水中含有的氧气加速了腐蚀过程。 铁锈的速度 - 铁变成氧化铁的速度有多快 - 取决于水的氧含量和铁的表面积。 盐水比淡水含有更多的氧气,这就是为什么盐水比淡水更容易生锈的原因。

通过用化学上更有吸引力的其他金属如涂覆铁(用锌涂覆铁被称为“ 镀锌 ”)可防止生锈。 但是,最有效的防锈方法是使用钢材。

钢是铁和其他各种金属的合金 ,用于提高铁的性能(强度,耐腐蚀性,耐热性等)。 改变与铁合金化元素的类型和数量可以产生不同类型的钢。

最常见的钢材有:

  1. 碳钢含碳量在0.5-1.5%之间。 这些是最常见的钢材,用于汽车车身,船体,刀具,机械和各种结构支撑。
  2. 低合金钢,含有1-5%的其他金属(通常是 )。 镍钢能够承受高水平的张力,因此经常用于桥梁的建造和自行车链条的制造。 钨钢在高温环境下保持其形状和强度,并用于冲击,旋转应用,如钻头。
  1. 含有12-18%其他金属的高合金钢由于其高成本而仅用于特殊应用。 高合金钢的一个例子是不锈钢,其通常含有和镍,但也可以与各种其他金属合金化。 不锈钢非常坚固并且耐腐蚀性强。

生产

大多数铁矿石是从地球表面附近的矿石中提炼出来的。 现代提取技术使用高炉,其特点是高堆(烟囱状结构)。 铁与焦炭(富含碳的煤)和石灰石(碳酸钙)一起倒入堆中。 如今,铁矿石在进入堆垛之前通常经历烧结过程。 这个过程形成10-25毫米之间的矿石,然后与焦炭和石灰石混合。

然后将烧结矿,焦炭和石灰石倒入堆中,在那里它在1800℃的温度下燃烧。 焦炭作为热源燃烧,并与射入炉内的氧气一起帮助形成还原气体一氧化碳。 石灰石与铁中的杂质混合形成炉渣。 矿渣比铁矿石轻,所以它上升到表面并且可以很容易地被去除。 然后将热铁倒入模具中以生产生铁或直接准备用于钢铁生产。

生铁仍含有3.5-4.5%的碳以及其他杂质,并且脆而难以使用。 使用各种工艺来降低生铁中的磷和硫杂质以生产铸铁。 铁含量低于0.25%的锻铁坚韧,具有延展性,易于焊接,但与低碳钢相比,生产成本更高,成本更高。

2010年,全球铁矿石产量约为24亿吨。 中国是最大的生产国,约占全部产量的37.5%,其他主要生产国包括澳大利亚,巴西,印度和俄罗斯。

应用

铁曾经是主要的结构材料,但在大多数应用中它早已被钢取代。 尽管如此,铸铁仍然用于管道和汽车零部件,如气缸盖,气缸体和齿轮箱。 锻铁仍然用于生产家居装饰用品,例如酒架,蜡烛架和窗帘杆。

参考

街,亚瑟。 &Alexander,WO 1944. 金属在人的服务 。 第11版(1998)。
国际生铁协会。
资料来源:www.pigiron.org.uk
美国地质勘探局。 矿产商品摘要:钢铁(2011)。
资料来源:http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/iron_&_steel