Нахождение железа в природе
После О, Si, AI железо по распространенности находится на четвертом месте В свободном состоянии встречается в виде железа метеоритного происхождения. Метеориты имеют в своем составе около 90% Fe. Также в природе встречается самородное железо, вынесенное вместе с магмой из недр Земли.
Железо входит в состав железных руд — железняков (лимонит FeO(OH), гематит Fe2O3, магнетит Fe3O4).Широкое распространение имеет пирит (FeS2), использующийся для изготовления серной кислоты. Встречаются также шпатовые железняки, в которых содержится около 48% металла.
Химические свойства железа
Железо представляет собой вязкий ковкий металл с температурой плавления 1535 градусов и плотностью 7,87 г/см3. Он имеет серебристо-белый цвет с сероватым оттенком. Находится в середине электрохимического ряда и является металлом средней активности.
Молярный объем —7,0923 см3/моль. Железо характеризуется рядом химических свойств:
-
Сгорает в кислороде, образуя железную окалину (двойной оксид железа).
-
При высокой температуре (более 700°C) реагирует с парами воды.
-
При нагревании вступает в реакцию почти со всеми неметаллами.
-
Вытесняет другие металлы, которые находятся в ряду напряжений правее него, из растворов их солей.
-
В концентрированных кислотах — окислителях — растворяется только при нагревании.
Получение железа
В промышленных условиях этот металл получают из руд (чаще всего из магнетита и гематита). По содержанию железа они делятся на:
-
Богатые (Fe не менее 75%). Не обогащаются, сразу поступают на производство.
-
Средние (Fe не менее 35%). Требуется обогащение.
-
Бедные (Fe не менее 26%). Перед отправкой в литейные цеха выполняется обогащение руды.
Основная добыча руд производится открытым способом (разработка в карьерах). Железорудное сырье бывает неподготовленное (неагломерированное) и подготовленное (агломерированное). Подготовленное сырье поступает напрямую на производство в доменные печи, а неподготовленное используется для производства агломерированного сырья.
Неподготовленная железная руда — это концентрат, доменная крупнокусковая руда и аглоруда (железорудная мелочь). Концентрат производится, в основном, в результате магнитной сепарации измельченной железной руды с низким содержанием железа. Извлечение железа в концентрат составляет в среднем около 80%, содержание железа в концентрате 60-65%.
Сплавы с железом
Чугун и сталь — это сплавы железа, где легирующим компонентом является углерод. Чугун производят способом доменной плавки. Он классифицируется следующим образом:
-
Серый (литейный). Получают при медленном остывании. Содержание углерода в нем от 1,7 до 2,4%. Используется для изготовления отливок.
-
Белый. Содержит до 4,5% углерода. Производится путем быстрого остывания. Из белого чугуна в основном выплавляют сталь.
-
Ковкий. Количество углерода в нем — 2…2,2%. Производится из белого чугуна.
Выплавка стали осуществляется кислородно-конвекторным, мартеновским, электросталеплавильным способом.
Применение железа и его сплавов
Из чистого железа изготовляют электромагниты, сердечники трансформаторов, а также применяют в качестве катализатора ряда химических процессов. Сплавы железа находят применение почти во всех сферах производства. Например, из серого чугуна отливают станины, канализационные трубы, плиты.
Сталь, в зависимости от содержания легирующих компонентов, обладает разными свойствами. Она может использоваться для изготовления строительных конструкций, деталей машин, инструмента, оборудования, бытовых товаров и много другого.
