Железо в природе
Железо - один из самых распространённых в земной коре металлов (таблица 5). Он занимает второе место после алюминия. В чистом виде железо в природе не встречается.
Таблица 5
Основные данные по железным рудам
Название минерала |
Химическая формула |
Содержание железа, % |
Месторождение |
Магнетит |
Fe3O4 |
72 |
Урал |
Гематит |
Fe2O3 |
65 |
Криворожское |
Лимонит |
Fe2O3∙nH2O |
60 |
Крым, Урал |
Пирит |
FeS2 |
46 |
Урал |
Сидерит |
FeСO3 |
35 |
Урал |
Получение железа
В лаборатории
Чистое железо получают электролитическим разложением солей железа:
FeCl2 = Fe2+ + 2Cl-.
Получение железа из оксида с помощью алюминия называется алюмотермией:
8Al + 3Fe3O4 = 9Fe + 4Al2O3.
В промышленности
На долю железа приходится около 95% металлургического производства в мире. Это один из наиболее востребованных и используемых металлов. Основная масса железа используется не в чистом виде, а виде чугуна и стали - сплавов с углеродом и другими элементами. Основная масса железа вырабатывается в доменных печах (рис. 4). Процесс, протекающий в доменной печи при получении сплавов железа, основан на восстановлении оксидов железа при нагревании.
Рис. 4. Получение стали в доменной печи
Домна – сложнейшее инженерное сооружение высотой более 60 м и диаметром 10 м, снабженное системой контроля и управления, предназначенное для выплавки чугуна – продукта химико-восстановительных процессов.
Снизу через фурму (устройство для подвода дутья) поступают горячий воздух, кислород, метан, а навстречу движется шихта – смесь, состоящая из кокса (источник энергии и восстановитель), подготовленного рудного концентрата и флюса (последний для связывания пустой породы в шлаки). Домну через колошник (верхняя часть шахтных доменных плавильных печей) покидает доменный газ, содержащий до 30% СО.
Основными химическими реакциями доменного процесса являются:
- горение кокса в зоне над горном (нижняя часть домны, где происходит горение топлива). Шлак выполняет также функцию защиты чугуна от окисления;
- восстановление железа;
- восстановление примесных элементов;
- насыщение железа углеродом;
- образование шлаков.
Применение железа в электротехнике
Благодаря уникальным магнитным свойствам, железо используют для производства электродвигателей и трансформаторов, в качестве анода в аккумуляторах (железо-воздушных, железо-никелевых).
Магнетит (таблица 5) является одним из важных материалов в производстве устройств долговременной памяти (жестких дисков).
Сплавы металлов Сплавы меди
Бронзы (таблица 6) – сплавы на основе меди, отличающиеся малой объёмной усадкой при литье изделий (0,6…0,8% против усадки у стали и чугуна 1,5…2,5%). Бронзы хорошо обрабатываются резанием, давлением, пайкой. Из них изготавливаются ленты и проволока, применяемые для изготовления пружинящих контактов, токоведущих пружин и другие токоведущие и конструкционные детали электрических машин и аппаратов.
Таблица 6
Примеры марок и состава бронз
Марка |
БрО10 |
БрОФ 6,5-0,15 |
|
БрА7 |
Легирующий элемент |
Олово |
Олово |
Фосфор |
Алюминий |
Кол-во легирующего элемента, % массы |
10 |
6,5 |
0,15 |
7 |