Metal Profile: Iron

Notkun járns hjá mönnum dugar aftur um 5000 ár. Það er næstmesta málmhlutinn í jarðskorpunni og er aðallega notaður til að framleiða stál , eitt mikilvægasta byggingarefni í heiminum.

Eiginleikar

• Atómtákn: Fe
• Atómnúmer: 26
• Element Flokkur: Transition Metal
• Density: 7.874g / cm ³
• Bræðslumark: 2800 ° F (1538 ° C)
• Sjóðpunktur: 5182 ° F (2862 ° C)
• Moh er hörku: 4

Einkenni

Hreint járn er silfurlitað málmur sem stýrir hita og rafmagni vel.

Járn er of viðbrögð til að vera einn, þannig að það er aðeins náttúrulega í jarðskorpunni sem járnmalm, svo sem hematít, magnetít og siderite.

Ein af einkennum járns er að það er mjög segulmagnaðir . Vísað til sterkrar segulsviðs getur einhver járn verið magnetized. Vísindamenn telja að kjarna jarðarinnar sé um 90% járn. Segulkrafturinn sem myndast af þessu járni er það sem skapar segulmagnaðir norður- og suðurpólur.

Saga

Járn var líklega uppgötvuð og útdráttur vegna skógarbruna ofan á járn-innihaldandi málmgrýti. Kolefnið í skóginum hefði brugðist við súrefninu í málmgrýti, þannig að mjúkt, sveigjanlegt járnmálmur væri. Járnbræðsla og notkun járns til að gera verkfæri og vopn hófst í Mesópótamíu (nútíð Írak) milli 2700 og 3000 f.Kr. Á næstu 2000 árum breiddist járnbræðsluþekking austur til Evrópu og Afríku á tímabili þekktur sem járnöld.

Frá 17. öld, þar til skilvirk aðferð til að framleiða stál var uppgötvað um miðjan 19. öld, var járn í auknum mæli notaður sem byggingarefni til að gera skip, brýr og byggingar. Eiffelturninn, smíðaður árið 1889, var gerður með því að nota yfir 7 milljón kíló af smurt járn.

Rust

Mest erfiðasta einkenni Iron er tilhneiging þess að mynda ryð.

Rust (eða járnoxíð) er brúnt, mýkjandi efnasamband sem er framleitt þegar járn er fyrir áhrifum af súrefni. Súrefnagasið sem er að finna í vatni hraðar ferlið við tæringu . Hraði ryðsins - hversu fljótt járn breytist í járnoxíð - er ákvarðað af súrefnisinnihaldi vatnsins og yfirborði járnsins. Saltvatn inniheldur meira súrefni en ferskt vatn. Þess vegna ryðjar saltvatn járn hraðar en ferskt vatn.

Hægt er að koma í veg fyrir ryð með því að húða járn með öðrum málmum sem eru efnafræðilega meira aðlaðandi fyrir súrefni, svo sem sink (ferlið við járn með sink er nefnt " galvaniserandi "). Hins vegar er áhrifaríkasta aðferðin til að verja gegn ryð notkun stál.

Stál

Stál er málmur úr járni og ýmsum öðrum málmum, sem eru notuð til að auka eiginleika (styrkur, þol gegn tæringu, hitaþoli osfrv.) Járns. Breyting á gerð og magni frumefna með járni getur valdið mismunandi gerðum stáli.

Algengustu stál eru:

1. Kolefnisstál, sem innihalda á bilinu 0,5-1,5% kolefni. Þetta eru algengustu stál og eru notuð fyrir sjálfvirkan aðila, skipsskot, hnífar, vélar og allar gerðir af burðarvirkjum.
2. Lítið álfelgur, sem innihalda 1-5% aðrar málmar (oft nikkel eða wolfram ). Nikkelstál er fær um að standast mikla spennu og er því oft notað við byggingu brúða og til að búa til reiðhjólkeðjur. Volframstál halda form og styrkleika í hitastigi og eru notaðar í höggum, hringlaga forritum, svo sem bora.

1. Stálblöndur, sem innihalda 12-18% af öðrum málmum, eru eingöngu notaðar í sérgreinum vegna mikillar kostnaðar. Eitt dæmi um háleitað stál er ryðfríu stáli, sem oft inniheldur króm og nikkel, en það má einnig blanda með ýmsum öðrum málmum. Ryðfrítt stál er mjög sterkt og mjög þola tæringu.

Framleiðsla

Flest járn er framleidd úr málmgrýti sem er nálægt jörðinni. Nútíma útdráttaraðferðir nota sprengjaofn, sem einkennast af stórum stöflum þeirra (strompinn-eins mannvirki). Járnið er hellt í stafla ásamt kóki (kolsýrt kol) og kalksteinn (kalsíumkarbónat). Nú á dögum fer járnbrautin venjulega í gegnum ferli sinta áður en hún er komin inn í stafla. Þetta ferli myndar stykki af málmgrýti sem eru á milli 10-25 mm, sem síðan er blandað saman við kók og kalksteinn.

Sintu málmgrýti, kók og kalksteinn er síðan hellt í stafla þar sem það brennir við hitastig 1800 ° C. Coke brennur sem uppspretta af hita og, ásamt súrefni sem er skotið í ofninn, hjálpar til við að mynda minnkandi koltoxíð. Kalksteinninn blandar við óhreinindi í járni til að mynda gjall. Slag er léttari en smelt járn, þannig að það rís upp á yfirborðið og auðvelt er að fjarlægja það. Heitt járn er síðan hellt í mót til að framleiða svínjár eða beint undirbúið fyrir framleiðslu stál.

Svín járn inniheldur enn á milli 3,5-4,5% kolefni, ásamt öðrum óhreinindum, og er brothætt og erfitt að vinna með. Ýmsar aðferðir eru notaðar til að lækka fosfór og brennisteins óhreinindi í svínjárni til að framleiða steypujárn. Járn, sem inniheldur minna en 0,25% kolefni, er sterkur, sveigjanlegur og auðveldlega soðið, en er miklu meira laborious og dýrt að framleiða en lágt kolefni stál.

Árið 2010 var heildarframleiðsla járnbrautar um 2,4 milljarða tonna. Kína, stærsti framleiðandi, nam um 37,5% af öllum framleiðslu en aðrar helstu framleiðslulöndin eru Ástralía, Brasilía, Indland og Rússland.

Umsóknir

Járn var einu sinni aðal byggingarefni, en það hefur lengi verið skipt út fyrir stál í flestum forritum. Engu að síður er steypujárni ennþá notað í pípum og til að gera bifreiðahluta, eins og strokka höfuð, strokka blokkir og gírkassa tilvikum. Járn er ennþá notaður til að framleiða innréttingar í heimahúsum, svo sem vín rekki, kerti eigendur og fortjald stöfunum.

Tilvísanir

Street, Arthur. & Alexander, WO 1944. Málmar í þjónustu mannsins . 11. útgáfa (1998).
The International Pig Iron Association.
Heimild: www.pigiron.org.uk
USGS. Vatnsafurðirnar: Iron and Steel (2011).
Heimild: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/iron_&_steel