เตารีดร้อน. ปฏิกิริยาเชิงคุณภาพต่อธาตุเหล็ก

เหล็กเป็นโลหะที่มีฤทธิ์ทางเคมีปานกลาง เป็นองค์ประกอบของแร่ธาตุหลายชนิด ได้แก่ แมกนีไทต์ เฮมาไทต์ ลิโมไนต์ ซิเดไรต์ ไพไรต์

ตัวอย่างลิโมไนต์

คุณสมบัติทางเคมีและฟิสิกส์ของเหล็ก

ภายใต้สภาวะปกติและในรูปแบบที่บริสุทธิ์ เหล็กเป็นของแข็งสีเทาเงินที่มีความมันวาวแบบโลหะสว่าง เหล็กเป็นตัวนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดี สิ่งนี้สามารถสัมผัสได้โดยการสัมผัสวัตถุเหล็กในห้องเย็น เนื่องจากโลหะนำความร้อนได้รวดเร็ว จึงใช้ความร้อนส่วนใหญ่จากผิวหนังมนุษย์ในระยะเวลาอันสั้น ดังนั้นเมื่อสัมผัสจึงรู้สึกเย็น

เหล็กบริสุทธิ์

จุดหลอมเหลวของเหล็กคือ 1538 °C จุดเดือดคือ 2862 °C คุณสมบัติเฉพาะของเหล็กมีความเหนียวและหลอมละลายได้ดี

ทำปฏิกิริยากับสารอย่างง่าย: ออกซิเจน, ฮาโลเจน (โบรมีน, ไอโอดีน, ฟลูออรีน,), ฟอสฟอรัส, กำมะถัน เมื่อเหล็กถูกเผา จะเกิดออกไซด์ของโลหะ เหล็กออกไซด์สามารถเปลี่ยนแปลงได้ขึ้นอยู่กับสภาวะของปฏิกิริยาและสัดส่วนระหว่างผู้เข้าร่วมสองคน สมการปฏิกิริยา:

2Fe + O₂ = 2FeO;

4Fe + 3O₂ = 2Fe₂O₃;

3Fe + 2O₂ = เฟ₃O₄

ปฏิกิริยาเหล่านี้เกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูง คุณจะได้เรียนรู้ว่าการทดลองใดเพื่อศึกษาคุณสมบัติของธาตุเหล็กสามารถทำได้ที่บ้าน

ปฏิกิริยาของธาตุเหล็กกับออกซิเจน

สำหรับปฏิกิริยาของเหล็กกับออกซิเจน จำเป็นต้องอุ่นก่อน เหล็กไหม้ด้วยเปลวไฟพร่างพราย กระเจิง - อนุภาคร้อนแดงของเกล็ดเหล็ก Fe₃O₄ ปฏิกิริยาแบบเดียวกันของเหล็กและออกซิเจนเกิดขึ้นในอากาศเมื่อได้รับความร้อนสูงจากแรงเสียดทานระหว่างกระบวนการทางกล

เมื่อธาตุเหล็กถูกเผาในออกซิเจน (หรือในอากาศ) จะเกิดเกล็ดเหล็กขึ้น สมการปฏิกิริยา:

3Fe + 2O₂ = เฟ₃O₄

3Fe + 2O₂ = FeO Fe₂O₃

เหล็กออกไซด์เป็นสารประกอบที่เหล็กมีค่าความจุต่างกัน

การผลิตเหล็กออกไซด์

ออกไซด์ของเหล็กเป็นผลจากปฏิกิริยาของเหล็กกับออกซิเจน ที่มีชื่อเสียงที่สุดคือ FeO, Fe₂O₃ และ Fe₃O₄

เหล็กออกไซด์ (III) Fe₂O₃ เป็นผงสีส้มแดงที่เกิดขึ้นระหว่างการเกิดออกซิเดชันของเหล็กในอากาศ

สารนี้เกิดจากการสลายตัวของเกลือเฟอร์ริกในอากาศที่อุณหภูมิสูง เหล็กซัลเฟต (III) เล็กน้อยถูกเทลงในเบ้าหลอมพอร์ซเลนแล้วเผาด้วยไฟของเตาแก๊ส เมื่อสลายตัวด้วยความร้อน เฟอร์รัสซัลเฟตจะสลายตัวเป็นซัลเฟอร์ออกไซด์และเหล็กออกไซด์

เหล็กออกไซด์ (II, III) Fe₃O₄ เกิดจากการเผาผงเหล็กในออกซิเจนหรือในอากาศ เพื่อให้ได้ออกไซด์ ผงเหล็กละเอียดเล็กน้อยที่ผสมกับโซเดียมหรือโพแทสเซียมไนเตรตจะถูกเทลงในเบ้าหลอมพอร์ซเลน ส่วนผสมจะถูกจุดด้วยหัวเตาแก๊ส เมื่อถูกความร้อน โพแทสเซียมและโซเดียมไนเตรตจะสลายตัวด้วยการปล่อยออกซิเจน ธาตุเหล็กในออกซิเจนจะเผาไหม้เพื่อสร้างออกไซด์ Fe₃O₄ หลังจากสิ้นสุดการเผาไหม้ ออกไซด์ที่ได้จะยังคงอยู่ที่ก้นถ้วยพอร์ซเลนในรูปของเกล็ดเหล็ก

ความสนใจ! อย่าพยายามทำซ้ำการทดลองเหล่านี้ด้วยตัวเอง!

เหล็ก (II) ออกไซด์ FeO เป็นผงสีดำที่เกิดจากการสลายตัวของเหล็กออกซาเลตในบรรยากาศเฉื่อย

เหล็กเป็นวัสดุโครงสร้างหลัก โลหะถูกใช้ได้ทุกที่ตั้งแต่จรวดและเรือดำน้ำไปจนถึงมีดและเครื่องประดับปลอมบนตะแกรง โดยมากจะอำนวยความสะดวกโดยองค์ประกอบในธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม เหตุผลที่แท้จริงก็คือความแข็งแกร่งและความทนทานของมัน

ในบทความนี้ เราจะอธิบายลักษณะเหล็กเป็นโลหะ โดยระบุคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที่เป็นประโยชน์ของเหล็ก แยกจากกัน เราบอกว่าเหตุใดเหล็กจึงเรียกว่าโลหะเหล็ก ซึ่งแตกต่างจากโลหะอื่นๆ อย่างไร

อาจดูแปลก แต่บางครั้งคำถามก็ยังเกิดขึ้นว่าเหล็กเป็นโลหะหรืออโลหะ เหล็กเป็นองค์ประกอบของกลุ่มที่ 8, 4 ช่วงเวลาของตารางของ D. I. Mendeleev มวลโมเลกุล 55.8 ซึ่งค่อนข้างมาก

นี่คือโลหะสีเทาเงิน ค่อนข้างอ่อน เหนียว มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็ก อันที่จริงพบและใช้งานเหล็กบริสุทธิ์น้อยมาก เนื่องจากโลหะนั้นมีปฏิกิริยาทางเคมีและทำปฏิกิริยาได้หลากหลาย

วิดีโอนี้จะบอกเกี่ยวกับเหล็กคืออะไร:

แนวคิดและคุณสมบัติ

เหล็กมักจะเรียกว่าโลหะผสมที่มีสิ่งสกปรกในสัดส่วนเล็กน้อย - มากถึง 0.8% ซึ่งยังคงคุณสมบัติเกือบทั้งหมดของโลหะไว้ ไม่ใช่ตัวเลือกที่พบว่ามีการใช้อย่างแพร่หลาย แต่เป็นเหล็กและเหล็กหล่อ ชื่อของมัน - โลหะเหล็ก, เหล็กหรือค่อนข้างเหมือนกันทั้งหมดเหล็กหล่อและเหล็กกล้าที่ได้รับเนื่องจากสีของแร่ - สีดำ

ทุกวันนี้ โลหะผสมเหล็กเรียกว่าโลหะเหล็ก: เหล็ก เหล็กหล่อ เฟอร์ไรท์ เช่นเดียวกับแมงกานีส และบางครั้งโครเมียม

เหล็กเป็นองค์ประกอบทั่วไป ตามเนื้อหาใน เปลือกโลกมันเกิดขึ้นที่ 4 ยอมให้ออกซิเจนและ แกนกลางของโลกประกอบด้วยธาตุเหล็ก 86% และมีเพียง 14% เท่านั้นในเสื้อคลุม ที่ น้ำทะเลสารมีน้อยมาก - มากถึง 0.02 มก. / ล. ในน้ำในแม่น้ำอีกเล็กน้อย - มากถึง 2 มก. / ล.

เหล็กเป็นโลหะทั่วไปและค่อนข้างกระฉับกระเฉง มันทำปฏิกิริยากับกรดเจือจางและกรดเข้มข้น แต่ภายใต้การกระทำของตัวออกซิไดซ์ที่แรงมาก มันสามารถสร้างเกลือของเหล็กได้ ในอากาศ เหล็กจะเคลือบด้วยฟิล์มออกไซด์อย่างรวดเร็วเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดปฏิกิริยาอีก

อย่างไรก็ตามเมื่อมีความชื้นแทนที่จะเป็นฟิล์มออกไซด์สนิมจะปรากฏขึ้นซึ่งเนื่องจากโครงสร้างที่หลวมจึงไม่ป้องกันการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติม คุณลักษณะนี้ - การกัดกร่อนในที่ที่มีความชื้น - เป็นข้อเสียเปรียบหลักของโลหะผสมเหล็ก เป็นที่น่าสังเกตว่าสิ่งเจือปนก่อให้เกิดการกัดกร่อน ในขณะที่โลหะบริสุทธิ์ทางเคมีสามารถทนต่อน้ำได้

พารามิเตอร์ที่สำคัญ

เหล็กโลหะบริสุทธิ์ค่อนข้างเหนียว สามารถหลอมและหล่อได้ไม่ดี อย่างไรก็ตามสิ่งสกปรกขนาดเล็กของคาร์บอนช่วยเพิ่มความแข็งและความเปราะบางได้อย่างมาก คุณภาพนี้กลายเป็นเหตุผลหนึ่งที่ทำให้เครื่องมือทองสัมฤทธิ์ถูกแทนที่ด้วยเครื่องมือเหล็ก

หากเราเปรียบเทียบโลหะผสมของเหล็กและจากที่รู้จักกันในโลกยุคโบราณจะเห็นได้ชัดว่าในแง่ของความต้านทานการกัดกร่อนและดังนั้นในแง่ของความทนทาน อย่างไรก็ตาม มวลนี้นำไปสู่การหมดสิ้นของเหมืองดีบุก และเนื่องจากมันน้อยกว่ามาก นักโลหะวิทยาในอดีตจึงมีคำถามที่จะเปลี่ยน และเหล็กก็เข้ามาแทนที่บรอนซ์ หลังถูกแทนที่อย่างสมบูรณ์เมื่อเหล็กปรากฏขึ้น: ทองสัมฤทธิ์ไม่ได้ให้ความแข็งและความยืดหยุ่นร่วมกัน
เหล็กเป็นเหล็กสามกลุ่มที่มีโคบอลต์ คุณสมบัติขององค์ประกอบนั้นใกล้เคียงกันมาก ใกล้กว่าคุณสมบัติขององค์ประกอบที่มีโครงสร้างชั้นนอกเหมือนกัน โลหะทั้งหมดมีคุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยม: แปรรูปได้ง่าย รีด ยืดออก หลอมและประทับตราได้ โคบอลต์ไม่เกิดปฏิกิริยาและทนต่อการกัดกร่อนได้ดีกว่าเหล็ก อย่างไรก็ตาม ความชุกที่ต่ำกว่าของธาตุเหล่านี้ไม่อนุญาตให้ใช้กันอย่างแพร่หลายเท่ากับธาตุเหล็ก
"คู่แข่ง" หลักของเหล็กในแง่ของการใช้งานคือ แต่อันที่จริงแล้ว วัสดุทั้งสองมีคุณสมบัติต่างกันโดยสิ้นเชิง ไกลจากที่แข็งแรงเท่าเหล็ก มันยิ่งยืดเยื้อ ไม่สามารถปลอมแปลงได้ ในทางกลับกัน โลหะมีความแตกต่างกัน โดยมีน้ำหนักน้อยกว่ามาก ซึ่งช่วยอำนวยความสะดวกในการออกแบบอย่างมาก

ค่าการนำไฟฟ้าของเหล็กมีค่าเฉลี่ยมาก ในขณะที่อลูมิเนียมในตัวบ่งชี้นี้เป็นอันดับสองรองจากเงินและทองเท่านั้น เหล็กเป็นเฟอโรแมกเนติก กล่าวคือ เหล็กจะคงสภาพความเป็นแม่เหล็กไว้ในกรณีที่ไม่มี สนามแม่เหล็กและถูกดึงเข้าไปในสนามแม่เหล็ก

คุณสมบัติที่แตกต่างกันดังกล่าวนำไปสู่การใช้งานที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง ดังนั้นวัสดุโครงสร้างจะ "ต่อสู้" ได้ยากมาก ตัวอย่างเช่น ในการผลิตเฟอร์นิเจอร์ที่ความสว่างของโปรไฟล์อลูมิเนียมนั้นตรงกันข้ามกับความแข็งแรงของเหล็ก

ข้อดีและข้อเสียของเหล็กมีอธิบายไว้ด้านล่าง

ข้อดีและข้อเสีย

ข้อได้เปรียบหลักของเหล็กเมื่อเปรียบเทียบกับโลหะโครงสร้างอื่นๆ คือความชุกและความสะดวกในการหลอม แต่เมื่อพิจารณาถึงปริมาณธาตุเหล็กที่ใช้แล้ว นี่เป็นปัจจัยที่สำคัญมาก

ข้อดี

ข้อดีของโลหะรวมถึงคุณสมบัติอื่นๆ

ความแข็งแรงและความแข็งในขณะที่ยังคงความยืดหยุ่น - เราไม่ได้พูดถึงเหล็กบริสุทธิ์ทางเคมี แต่เกี่ยวกับโลหะผสม นอกจากนี้ คุณสมบัติเหล่านี้ยังแตกต่างกันไปตามเกรดเหล็ก วิธีการอบชุบ วิธีการผลิต และอื่นๆ
เหล็กและเฟอร์ไรท์ที่หลากหลายช่วยให้คุณสร้างและเลือกวัสดุสำหรับงานใดๆ ได้อย่างแท้จริง ตั้งแต่โครงสะพานไปจนถึงเครื่องมือตัด ความสามารถในการได้คุณสมบัติที่ต้องการโดยการเพิ่มสิ่งเจือปนที่มีขนาดเล็กมากเป็นข้อได้เปรียบที่ยอดเยี่ยมอย่างผิดปกติ
การตัดเฉือนที่ง่ายดายช่วยให้คุณได้ผลิตภัณฑ์มากที่สุด ชนิดที่แตกต่าง: แท่ง, ท่อ, ผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่าง, คาน, เหล็กแผ่นและอื่น ๆ
คุณสมบัติทางแม่เหล็กของเหล็กนั้นทำให้โลหะเป็นวัสดุหลักในการผลิตไดรฟ์แม่เหล็ก
แน่นอนว่าราคาของโลหะผสมนั้นขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ แต่ก็ยังต่ำกว่าของโลหะผสมที่ไม่ใช่เหล็กส่วนใหญ่อย่างมีนัยสำคัญ แม้ว่าจะมีคุณลักษณะที่มีความแข็งแรงสูงกว่าก็ตาม
ความเหนียวของเหล็กทำให้วัสดุมีความเป็นไปได้ในการตกแต่งสูงมาก

ข้อบกพร่อง

ข้อเสียของโลหะผสมเหล็กมีความสำคัญ

ประการแรก ความต้านทานการกัดกร่อนไม่เพียงพอ เหล็กชนิดพิเศษ - สแตนเลส มีคุณภาพที่มีประโยชน์นี้ แต่มีราคาแพงกว่ามาก บ่อยครั้งที่โลหะได้รับการปกป้องโดยการเคลือบ - โลหะหรือโพลีเมอร์
เหล็กสามารถสะสมกระแสไฟฟ้าได้ ดังนั้นผลิตภัณฑ์ที่ทำจากโลหะผสมจึงอาจเกิดการผุกร่อนด้วยไฟฟ้าเคมี กรณีของอุปกรณ์และเครื่องจักร ท่อส่งต้องได้รับการปกป้องด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง เช่น การป้องกันขั้วลบ การป้องกันดอกยาง และอื่นๆ
โลหะมีน้ำหนักมาก ดังนั้นโครงสร้างเหล็กจึงเพิ่มน้ำหนักของวัตถุก่อสร้างได้อย่างมาก เช่น อาคาร รถราง เรือเดินทะเล

องค์ประกอบและโครงสร้าง

เหล็กมีอยู่ในการดัดแปลง 4 แบบ ซึ่งแตกต่างกันในพารามิเตอร์และโครงสร้างขัดแตะ การมีอยู่ของเฟสมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการถลุง เนื่องจากเป็นการเปลี่ยนเฟสอย่างแม่นยำและการพึ่งพาองค์ประกอบการผสมที่ช่วยให้มั่นใจถึงกระบวนการทางโลหะวิทยาในโลกนี้ เรากำลังพูดถึงขั้นตอนต่อไปนี้:

α-phase มีความคงตัวสูงถึง +769 C มีลูกบาศก์ตาข่ายที่ตัวเป็นศูนย์กลาง เฟส α เป็นเฟอร์โรแมกเนติก กล่าวคือ มันยังคงความเป็นแม่เหล็กไว้ในกรณีที่ไม่มีสนามแม่เหล็ก อุณหภูมิ 769 C คือจุด Curie ของโลหะ
เฟส β มีตั้งแต่ +769 C ถึง +917 C โครงสร้างการดัดแปลงจะเหมือนกัน แต่พารามิเตอร์ตาข่ายค่อนข้างแตกต่างกัน ในเวลาเดียวกัน คุณสมบัติทางกายภาพเกือบทั้งหมดจะถูกรักษาไว้ ยกเว้นคุณสมบัติแม่เหล็ก: เหล็กกลายเป็นพาราแมกเนติก
γ - เฟสปรากฏขึ้นในช่วงตั้งแต่ +917 ถึง +1394 C มีโครงตาข่ายลูกบาศก์อยู่กึ่งกลางใบหน้า
เฟส δ อยู่เหนืออุณหภูมิ +1394 C และมีลูกบาศก์ตาข่ายที่มีตัวเป็นศูนย์กลาง

นอกจากนี้ยังมีการดัดแปลง ε ซึ่งปรากฏที่ความดันสูง เช่นเดียวกับผลของยาสลบกับองค์ประกอบบางอย่าง เฟส ε มีโครงตาข่ายหกเหลี่ยมอัดแน่น

วิดีโอนี้จะบอกเกี่ยวกับคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของธาตุเหล็ก:

คุณสมบัติและลักษณะ

มากขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ของมัน ความแตกต่างระหว่างคุณสมบัติของเหล็กบริสุทธิ์ทางเคมีและทางเทคนิคทั่วไป และเหล็กอัลลอยด์ที่มากกว่านั้นมีความสำคัญมาก ตามกฎแล้วจะมีการกำหนดลักษณะทางกายภาพสำหรับเหล็กทางเทคนิคที่มีเนื้อหาเจือปน 0.8%

จำเป็นต้องแยกแยะสิ่งสกปรกที่เป็นอันตรายออกจากสารเจือปน ตัวอย่างเช่น กำมะถันและฟอสฟอรัสในอดีต ให้ความเปราะบางแก่โลหะผสมโดยไม่เพิ่มความแข็งหรือความแข็งแรงทางกล คาร์บอนในเหล็กกล้าจะเพิ่มพารามิเตอร์เหล่านี้ กล่าวคือ เป็นส่วนประกอบที่มีประโยชน์

ความหนาแน่นของธาตุเหล็ก (g/cm3) ขึ้นอยู่กับระดับของเฟส ดังนั้น α-Fe มีความหนาแน่น 7.87 g / cu ซม. ที่อุณหภูมิปกติ 7.67 ก. / ลบ.ม. cm ที่ +600 C ความหนาแน่นของเฟสγต่ำกว่า - 7.59 g / cu ซม. และเฟส δ ยิ่งน้อยกว่า - 7.409 g / cc
จุดหลอมเหลวของสารคือ +1539 C เหล็กเป็นโลหะทนไฟปานกลาง
จุดเดือด - +2862 C.
ความแข็งแรง กล่าวคือ ความต้านทานต่อการรับน้ำหนักประเภทต่างๆ - ความดัน ความตึง การดัด ถูกควบคุมสำหรับเหล็กแต่ละเกรด เหล็กหล่อ และเฟอร์ไรท์ ดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากที่จะพูดถึงตัวชี้วัดเหล่านี้โดยทั่วไป ดังนั้นเหล็กความเร็วสูงจึงมีกำลังรับแรงดัดเท่ากับ 2.5–2.8 GPa และพารามิเตอร์เดียวกันของเหล็กทางเทคนิคทั่วไปคือ 300 MPa
ความแข็งในระดับ Mohs - 4-5 เหล็กกล้าพิเศษและเหล็กบริสุทธิ์ทางเคมีมีอัตราที่สูงกว่ามาก
ความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะ 9.7·10-8 ohm·m. เหล็กนำกระแสได้แย่กว่าทองแดงหรืออลูมิเนียมมาก
ค่าการนำความร้อนยังต่ำกว่าโลหะเหล่านี้และขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของเฟส ที่ 25 C เท่ากับ 74.04 W/(m K) ที่ 1500 C เท่ากับ 31.8 [W/(m.K)]
เหล็กหลอมได้อย่างสมบูรณ์แบบทั้งในอุณหภูมิปกติและอุณหภูมิสูง เหล็กหล่อและเหล็กกล้าสามารถหล่อได้
สารไม่สามารถเรียกได้ว่าเฉื่อยทางชีวภาพ อย่างไรก็ตาม ความเป็นพิษของมันต่ำมาก อย่างไรก็ตามสิ่งนี้มีความเกี่ยวข้องไม่มากกับกิจกรรมขององค์ประกอบ แต่ด้วยการที่ร่างกายมนุษย์ไม่สามารถดูดซึมได้ดี: สูงสุดคือ 20% ของขนาดยาที่ได้รับ

ธาตุเหล็กไม่สามารถนำมาประกอบกับสารในสิ่งแวดล้อมได้ อย่างไรก็ตาม อันตรายหลักต่อสิ่งแวดล้อมไม่ได้เกิดจากของเสีย เนื่องจากเหล็กขึ้นสนิมค่อนข้างเร็ว แต่เกิดจากของเสียจากการผลิต - ตะกรัน ก๊าซที่ปล่อยออกมา

การผลิต

ธาตุเหล็กเป็นองค์ประกอบที่พบได้บ่อยที่สุด ดังนั้นจึงไม่ต้องใช้เงินจำนวนมาก เงินฝากได้รับการพัฒนาทั้งแบบเปิดและแบบเหมือง อันที่จริงแล้ว แร่ที่ทำเหมืองทั้งหมดมีเหล็ก แต่จะมีการพัฒนาเฉพาะแร่ที่มีสัดส่วนของโลหะมากเพียงพอเท่านั้น แร่เหล่านี้เป็นแร่ที่อุดมสมบูรณ์ - แร่เหล็กสีแดงแม่เหล็กและสีน้ำตาลที่มีปริมาณธาตุเหล็กสูงถึง 74% แร่ที่มีปริมาณเฉลี่ย - มาคาไซต์เช่นและแร่ที่ไม่ดีที่มีธาตุเหล็กอย่างน้อย 26% - ไซด์ไรต์

สินแร่จะถูกส่งไปยังโรงงานทันที พันธุ์ที่มีเนื้อหาปานกลางและต่ำได้รับการเสริมสร้าง

มีหลายวิธีในการผลิตโลหะผสมเหล็ก ตามกฎแล้วการถลุงเหล็กใด ๆ รวมถึงการผลิตเหล็กหมู มันถูกหลอมในเตาหลอมเหลวที่อุณหภูมิ 1600 องศาเซลเซียส ประจุ - ซินเตอร์, เม็ด, ถูกบรรจุเข้าไปในเตาหลอมพร้อมกับฟลักซ์และเป่าด้วยลมร้อน ในกรณีนี้ โลหะหลอมเหลวและโค้กไหม้ ซึ่งช่วยให้คุณเผาผลาญสิ่งสกปรกที่ไม่ต้องการและแยกตะกรันออก

เพื่อให้ได้เหล็กมักใช้เหล็กหล่อสีขาว - คาร์บอนถูกผูกมัดเป็นสารประกอบทางเคมีกับเหล็ก ที่พบมากที่สุด 3 วิธีคือ:

เปิดเตา - เหล็กหลอมเหลวที่เติมแร่และเศษเหล็กที่ 2000 C เพื่อลดปริมาณคาร์บอน ส่วนผสมเพิ่มเติม หากมี จะถูกเติมที่ส่วนท้ายของการหลอม ด้วยวิธีนี้จะได้เหล็กที่มีคุณภาพสูงสุด
ตัวแปลงออกซิเจน - วิธีที่มีประสิทธิผลมากขึ้น ในเตาหลอมความหนาของเหล็กหล่อจะถูกเป่าด้วยอากาศที่ความดัน 26 กก. / ตร.ม. ดู ส่วนผสมของออกซิเจนกับอากาศหรือออกซิเจนบริสุทธิ์สามารถนำมาใช้ในการปรับปรุงคุณสมบัติของเหล็ก
การหลอมด้วยไฟฟ้า - มักใช้ในการผลิตเหล็กโลหะผสมพิเศษ เหล็กหล่อถูกเผาในเตาไฟฟ้าที่อุณหภูมิ 2200 องศาเซลเซียส

สามารถรับเหล็กได้โดยวิธีการโดยตรง เมื่อต้องการทำเช่นนี้ เม็ดที่มีปริมาณธาตุเหล็กสูงจะถูกบรรจุลงในเตาหลอมแบบเพลาและเป่าด้วยไฮโดรเจนที่อุณหภูมิ 1,000 องศาเซลเซียส หลังคืนค่าเหล็กจากออกไซด์โดยไม่ต้องขั้นตอนกลาง

ในส่วนที่เกี่ยวกับคุณสมบัติเฉพาะของโลหะผสมเหล็ก จะขายแร่ที่มีธาตุเหล็กหรือผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป เช่น เหล็กหล่อ เหล็ก เฟอร์ไรท์ ราคาของพวกเขาแตกต่างกันมาก ต้นทุนเฉลี่ยของแร่เหล็กในปี 2559 - รวยด้วยองค์ประกอบมากกว่า 60% คือ $ 50 ต่อตัน

ต้นทุนของเหล็กขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย ซึ่งบางครั้งทำให้ราคาขึ้นและลงไม่อาจคาดการณ์ได้อย่างสมบูรณ์ ในฤดูใบไม้ร่วงปี 2559 ราคาของเหล็กเส้น เหล็กแผ่นรีดร้อนและแผ่นรีดเย็นเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเนื่องจากราคาถ่านหินโค้กที่พุ่งสูงขึ้นไม่แพ้กัน ซึ่งเป็นส่วนสำคัญในการหลอม ในเดือนพฤศจิกายน บริษัทในยุโรปเสนอเหล็กแผ่นรีดร้อนชนิดม้วนที่ 500 ยูโรต่อตัน

พื้นที่สมัคร

ขอบเขตของการใช้เหล็กและโลหะผสมเหล็กมีมาก การระบุตำแหน่งที่ไม่ใช้โลหะทำได้ง่ายขึ้น

การก่อสร้าง - การก่อสร้างเฟรมทุกประเภทตั้งแต่โครงรองรับของสะพานไปจนถึงกล่องเตาผิงตกแต่งในอพาร์ตเมนต์ไม่สามารถทำได้หากไม่มีเหล็กเกรดต่างกัน ฟิตติ้ง, แท่ง, คานไอ, ช่อง, มุม, ท่อ: ผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่างและส่วนตัดทั้งหมดถูกนำมาใช้ในการก่อสร้าง เช่นเดียวกับแผ่นโลหะ: หลังคาทำจากมันและอื่น ๆ
วิศวกรรมเครื่องกล - มีน้อยมากที่สามารถเปรียบเทียบได้กับเหล็กในแง่ของความแข็งแรงและความทนทานต่อการสึกหรอ ดังนั้นส่วนต่างๆ ของร่างกายของเครื่องจักรส่วนใหญ่จึงทำจากเหล็ก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่อุปกรณ์ต้องทำงานที่อุณหภูมิและความดันสูง
เครื่องมือ - ด้วยความช่วยเหลือขององค์ประกอบการผสมและการชุบแข็ง โลหะสามารถให้ความแข็งและความแข็งแรงใกล้เคียงกับเพชร เหล็กกล้าความเร็วสูงเป็นพื้นฐานของเครื่องมือตัดเฉือนใดๆ
ในทางวิศวกรรมไฟฟ้า การใช้เหล็กมีข้อจำกัดมากกว่า เนื่องจากสิ่งเจือปนทำให้คุณสมบัติทางไฟฟ้าของเหล็กแย่ลงอย่างมีนัยสำคัญ และมีขนาดเล็กอยู่แล้ว แต่โลหะนั้นขาดไม่ได้ในการผลิตชิ้นส่วนแม่เหล็กของอุปกรณ์ไฟฟ้า
ท่อ - การสื่อสารทุกชนิดและทุกประเภททำด้วยเหล็กและเหล็กหล่อ: เครื่องทำความร้อน ท่อส่งน้ำ ท่อส่งก๊าซ รวมถึงท่อเก็บสายไฟ ปลอกหุ้มสายไฟ ท่อส่งน้ำมัน และอื่นๆ มีเพียงเหล็กเท่านั้นที่สามารถทนต่อแรงมหาศาลและแรงดันภายในได้
ของใช้ในบ้าน - มีการใช้เหล็กทุกที่: ตั้งแต่อุปกรณ์เสริมและช้อนส้อมไปจนถึงประตูเหล็กและล็อค ความแข็งแรงของโลหะและความต้านทานการสึกหรอทำให้ขาดไม่ได้

เหล็กและโลหะผสมรวมความแข็งแรง ความทนทาน และความต้านทานการสึกหรอ นอกจากนี้ โลหะยังมีราคาค่อนข้างถูกในการผลิต ซึ่งทำให้เป็นวัสดุที่ขาดไม่ได้สำหรับเศรษฐกิจของประเทศสมัยใหม่

เกี่ยวกับโลหะผสมเหล็กที่มีโลหะที่ไม่ใช่เหล็กและสีดำหนักจะบอกวิดีโอนี้:

คำนิยาม. เรื่องราว. ธรณีเคมี คุณสมบัติของเหล็ก สถานที่เกิด. คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี. การเชื่อมต่อ การใช้เหล็ก.

เหล็ก

ธาตุเหล็กเป็นองค์ประกอบของกลุ่มที่แปด (ตามการจำแนกแบบเก่าซึ่งเป็นกลุ่มย่อยด้านข้างของกลุ่มที่แปด) ของช่วงที่สี่ของระบบธาตุเคมีเป็นระยะ I. Mendeleev ที่มีเลขอะตอม 26 แสดงด้วยสัญลักษณ์ เฟ(ลาดพร้าว เฟอร์รัม). หนึ่งในโลหะที่พบมากที่สุดในเปลือกโลก (อันดับที่สองรองจากอลูมิเนียม)
ธาตุเหล็กอย่างง่าย (หมายเลข CAS: 7439-89-6) เป็นโลหะสีเงินขาวที่หลอมได้และมีปฏิกิริยาเคมีสูง: เหล็กจะสึกกร่อนอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิสูงหรือมีความชื้นสูงในอากาศ ในออกซิเจนบริสุทธิ์ ธาตุเหล็กจะเผาไหม้ และในสถานะที่กระจายตัวอย่างประณีต จะจุดไฟในอากาศได้เองตามธรรมชาติ
อันที่จริง เหล็กมักถูกเรียกว่าโลหะผสมที่มีปริมาณสิ่งสกปรกต่ำ (มากถึง 0.8%) ซึ่งยังคงความนุ่มนวลและความเหนียวของโลหะบริสุทธิ์ แต่ในทางปฏิบัติ มักใช้โลหะผสมของเหล็กกับคาร์บอน: เหล็ก (คาร์บอนไม่เกิน 2.14 % โดยน้ำหนัก) และเหล็กหล่อ (คาร์บอนมากกว่า 2.14 % โดยน้ำหนัก) เช่นเดียวกับเหล็กสเตนเลส (อัลลอยด์) ที่มีการเติมอัลลอยด์ โลหะ (โครเมียม แมงกานีส นิกเกิล ฯลฯ) การรวมกันของคุณสมบัติเฉพาะของเหล็กและโลหะผสมทำให้เป็น "โลหะหมายเลข 1" ที่มีความสำคัญต่อมนุษย์
โดยธรรมชาติแล้ว ธาตุเหล็กจะไม่ค่อยพบในรูปที่บริสุทธิ์ โดยส่วนใหญ่มักเกิดขึ้นจากอุกกาบาตที่เป็นเหล็กและนิกเกิล ความชุกของธาตุเหล็กในเปลือกโลกอยู่ที่ 4.65% (อันดับที่ 4 รองจาก O, Si, Al) เชื่อกันว่าเหล็กเป็นส่วนประกอบส่วนใหญ่ของแกนโลก

เรื่องราว.เหล็กเป็นวัสดุที่รู้จักกันมาตั้งแต่สมัยโบราณ ผลิตภัณฑ์เหล็กที่เก่าแก่ที่สุดที่พบในระหว่างการขุดค้นทางโบราณคดีมีอายุย้อนไปถึง 4 สหัสวรรษก่อนคริสต์ศักราช อี และเป็นของอารยธรรมสุเมเรียนโบราณและอียิปต์โบราณ สิ่งเหล่านี้ทำจากเหล็กอุกกาบาตนั่นคือโลหะผสมของเหล็กและนิกเกิล (เนื้อหาของหลังมีตั้งแต่ 5 ถึง 30%) เครื่องประดับจากสุสานอียิปต์ (ประมาณ 3800 ปีก่อนคริสตกาล) และกริชจากเมืองอูร์สุเมเรียน (ประมาณ 3100 ปีก่อนคริสตกาล) จ.) เห็นได้ชัดว่าชื่อเหล็กชนิดหนึ่งในภาษากรีกและ ละติน: "sider" (ซึ่งหมายถึง "starry")

ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากเหล็กที่ได้จากการถลุงนั้นรู้จักกันมาตั้งแต่สมัยการตั้งถิ่นฐานของชนเผ่าอารยันจากยุโรปสู่เอเชียหมู่เกาะ ทะเลเมดิเตอร์เรเนียนและอื่น ๆ (ปลายสหัสวรรษที่ 4 และ 3 ก่อนคริสต์ศักราช เครื่องมือเหล็กที่เก่าแก่ที่สุดที่รู้จักคือใบมีดเหล็กที่พบในงานก่ออิฐของปิรามิดแห่ง Cheops ในอียิปต์ (สร้างขึ้นประมาณ 2530 ปีก่อนคริสตกาล) ดังที่แสดงการขุดค้นในทะเลทรายนูเบียนในสมัยนั้น ชาวอียิปต์พยายามแยกทองคำที่ขุดออกจากทรายแมกนีไทต์หนัก แร่ที่เผาด้วยรำข้าวและสารที่คล้ายกันที่มีคาร์บอน ส่งผลให้ชั้นของเหล็กที่หลอมละลายลอยอยู่บนพื้นผิวของทองคำหลอมซึ่งถูกแปรรูปแยกจากกัน เครื่องมือต่างๆ ได้แก่ ที่พบในปิรามิดแห่ง Cheops อย่างไรก็ตามหลังจากหลานชายของ Cheops Menkaur (2471-2465 ปีก่อนคริสตกาล) ความวุ่นวายเกิดขึ้นในอียิปต์: ขุนนางที่นำโดยนักบวชของพระเจ้า Ra ล้มล้างราชวงศ์ปกครองและก้าวกระโดดของผู้แย่งชิง เริ่มต้นด้วยการขึ้นครองราชย์ของฟาโรห์ในราชวงศ์ต่อไป Userkar ซึ่งนักบวชประกาศลูกชายและอวตารของเทพเจ้า Ra เอง (ตั้งแต่นั้นมาสิ่งนี้ได้กลายเป็นสถานะอย่างเป็นทางการของฟาโรห์) ในช่วงความวุ่นวายวัฒนธรรมและ ความรู้ทางเทคนิคชาวอียิปต์ทรุดโทรมลง และในขณะที่ศิลปะการสร้างปิรามิดเสื่อมโทรม เทคโนโลยีการผลิตเหล็กก็สูญหายไป จนถึงจุดต่อมา เมื่อสำรวจคาบสมุทรซีนายเพื่อค้นหาแร่ทองแดง ชาวอียิปต์ไม่ใส่ใจเลย ถึงแหล่งแร่เหล็กที่นั่น แต่ได้รับเหล็กจากชาวฮิตไทต์และมิทาเนียที่อยู่ใกล้เคียง
ครั้งแรกที่เข้าใจวิธีการถลุงเหล็กของ Hatti สิ่งนี้บ่งชี้โดยการกล่าวถึงเหล็กที่เก่าแก่ที่สุด (2 สหัสวรรษก่อนคริสต์ศักราช) ในตำราของชาวฮิตไทต์ผู้ก่อตั้งอาณาจักรของพวกเขาในอาณาเขตของ Hatti (อนาโตเลียสมัยใหม่ในตุรกี) ดังนั้นในข้อความของกษัตริย์ฮิตไทต์อนิตตะ (ประมาณ 1800 ปีก่อนคริสตกาล) กล่าวว่า:
ในสมัยโบราณ Khalibs ขึ้นชื่อว่าเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านผลิตภัณฑ์เหล็ก ตำนานของ Argonauts (การรณรงค์ของพวกเขาไปยัง Colchis เกิดขึ้นประมาณ 50 ปีก่อนสงครามเมืองทรอย) บอกว่ากษัตริย์แห่ง Colchis, Eet ได้มอบคันไถเหล็กให้ Jason เพื่อไถนาอาเรสและบรรยายถึงอาสาสมัครของเขาคือฮาลิเบอร์ :
พวกเขาไม่ไถนา ไม่ปลูกไม้ผล ไม่กินหญ้าในทุ่งหญ้าอันอุดมสมบูรณ์ พวกเขาสกัดแร่และธาตุเหล็กจากดินแดนรกร้างและแลกเปลี่ยนอาหารสำหรับพวกเขา วันนั้นไม่ได้เริ่มต้นสำหรับพวกเขาหากปราศจากการทำงานหนัก พวกเขาใช้เวลาในความมืดของคืนและควันหนาทึบ ทำงานทั้งวัน ...
อริสโตเติลอธิบายวิธีการได้มาซึ่งเหล็ก: “พวกคาลิบล้างทรายแม่น้ำในประเทศของตนหลายครั้ง - ดังนั้นจึงแยกความเข้มข้นของสีดำออกจากกัน (ส่วนที่หนักที่ประกอบด้วยแมกนีไทต์และเฮมาไทต์เป็นส่วนใหญ่) แล้วละลายในเตาหลอม โลหะที่ได้จึงมีสีเงินและเป็นสแตนเลส”
ทรายแมกเนไทต์ซึ่งมักพบตลอดชายฝั่งทะเลดำถูกใช้เป็นวัตถุดิบในการถลุงเหล็ก: ทรายแมกนีไทต์เหล่านี้ประกอบด้วยส่วนผสมของเม็ดเล็ก ๆ ของแมกนีไทต์ ไททาโน-แมกเนไทต์หรืออิลเมไนต์ และเศษหินอื่นๆ เพื่อให้เหล็กที่หลอมโดย Khalibs เป็นโลหะผสมและมีคุณสมบัติที่ดีเยี่ยม วิธีการรับธาตุเหล็กที่แปลกประหลาดเช่นนี้แสดงให้เห็นว่า Khalibs แพร่กระจายเหล็กเป็นวัสดุทางเทคโนโลยีเท่านั้น แต่วิธีการของพวกเขาไม่สามารถเป็นวิธีการแพร่หลายได้ การผลิตภาคอุตสาหกรรมผลิตภัณฑ์เหล็ก อย่างไรก็ตาม การผลิตของพวกเขาเป็นแรงผลักดันสำหรับการพัฒนาโลหะวิทยาเหล็กต่อไป
Clement of Alexandria ในงานสารานุกรมของเขา Stromata กล่าวว่าตามตำนานกรีกพบว่ามีการค้นพบเหล็ก (การถลุงแร่จากแร่) บน Mount Ida - นี่คือชื่อของเทือกเขาใกล้ Troy (ใน Iliad มันถูกกล่าวถึงเป็น Mount Ida ซึ่ง Zeus เฝ้าดูการต่อสู้ของชาวกรีกกับโทรจัน) สิ่งนี้เกิดขึ้น 73 ปีหลังจากน้ำท่วม Deucalion และน้ำท่วมนี้ตาม Parian Chronicle คือใน 1528 ปีก่อนคริสตกาล e. นั่นคือ วิธีการถลุงเหล็กจากแร่ถูกค้นพบเมื่อประมาณ 1455 ปีก่อนคริสตกาล อี อย่างไรก็ตาม จากคำอธิบายของ Clement ไม่ชัดเจนว่าเขากำลังพูดถึงภูเขานี้ในเอเชียไมเนอร์ (Ida Phrygian ใน Virgil) หรือเกี่ยวกับ Mount Ida บนเกาะ Crete ซึ่งกวีชาวโรมัน Virgil เขียนไว้ใน Aeneid ว่า บ้านบรรพบุรุษของโทรจัน:
“เกาะจูปิเตอร์ ครีต อยู่กลางทะเลกว้าง
เผ่าของเราเป็นแหล่งกำเนิดที่ไอด้าลุกขึ้น ... "
มีโอกาสมากขึ้นที่ Clement of Alexandria พูดถึง Phrygian Ida โดยเฉพาะใกล้กับ Troy เนื่องจากพบเหมืองเหล็กโบราณและศูนย์การผลิตเหล็กที่นั่น หลักฐานที่เป็นลายลักษณ์อักษรครั้งแรกของธาตุเหล็กพบได้ในแผ่นดินเหนียวจากจดหมายเหตุของฟาโรห์แห่งอียิปต์ Amenhotep III และ Akhenaten และมีอายุย้อนไปถึงเวลาเดียวกัน (1450-1400 ปีก่อนคริสตกาล) กล่าวถึงการผลิตเหล็กในภาคใต้ของ Transcaucasia ซึ่งชาวกรีกเรียกว่า Colchis (และเป็นไปได้ว่าคำว่า "kolhidos" อาจเป็นการดัดแปลงคำว่า "halibos") กล่าวคือกษัตริย์แห่งประเทศ Mitanni และผู้ปกครองของอาร์เมเนียและเซาท์ทรานคอเคเซียส่งไปยังฟาโรห์อาเมนโฮเทปที่ 2 แห่งอียิปต์ " พร้อมกับนางสนม 318 กริชและวงแหวนเหล็กชั้นดี” ชาวฮิตไทต์ได้มอบของกำนัลแบบเดียวกันแก่ฟาโรห์
ในสมัยโบราณที่ลึกที่สุด เหล็กมีค่ามากกว่าทองคำ และตามคำอธิบายของสตราโบ ชนเผ่าแอฟริกันให้ทองคำ 10 ปอนด์ต่อเหล็ก 1 ปอนด์ และจากการศึกษาของนักประวัติศาสตร์ G. Areshyan ราคาทองแดง เงิน ทองคำและเหล็กในหมู่ชาวฮิตไทต์โบราณมีอัตราส่วน 1: 160 : 1280: 6400 ในสมัยนั้นเหล็กถูกใช้เป็นโลหะเครื่องประดับ บัลลังก์และเครื่องราชกกุธภัณฑ์อื่น ๆ ของอำนาจของกษัตริย์ถูกสร้างขึ้นจากมัน: ตัวอย่างเช่นในพระคัมภีร์ไบเบิล หนังสือเฉลยธรรมบัญญัติ 3.11 มีการบรรยายถึง “เตียงเหล็ก” ของกษัตริย์เรฟาอิม
ในหลุมฝังศพของตุตันคาเมน (ประมาณ 1350 ปีก่อนคริสตกาล) พบกริชที่ทำจากเหล็กในกรอบทองคำ - อาจเป็นของขวัญจากชาวฮิตไทต์เพื่อจุดประสงค์ทางการทูต แต่ชาวฮิตไทต์ไม่ได้ต่อสู้เพื่อเผยแพร่เหล็กและเทคโนโลยีอย่างแพร่หลาย ซึ่งเห็นได้จากการติดต่อของฟาโรห์ตุตันคามุนแห่งอียิปต์และฮัตตูซิล พ่อตาของเขา กษัตริย์ของชาวฮิตไทต์ที่ลงมาหาเรา ฟาโรห์ขอให้ส่งเหล็กเพิ่ม และกษัตริย์ของชาวฮิตไทต์ก็เลี่ยงตอบเลี่ยงๆ ว่าเหล็กสำรองหมด และช่างตีเหล็กก็ยุ่งกับงานเกษตรกรรม จึงไม่สามารถตอบสนองคำขอของราชบุตรเขยได้ กริชเพียงอันเดียวจาก "เหล็กดี" (นั่นคือเหล็ก) อย่างที่คุณเห็น ชาวฮิตไทต์พยายามใช้ความรู้ของพวกเขาเพื่อให้ได้เปรียบทางการทหาร และไม่ได้เปิดโอกาสให้ผู้อื่นตามทัน เห็นได้ชัดว่าผลิตภัณฑ์เหล็กจึงแพร่หลายหลังจากสงครามทรอยและการล่มสลายของชาวฮิตไทต์เมื่อต้องขอบคุณกิจกรรมการค้าของชาวกรีกเทคโนโลยีเหล็กกลายเป็นที่รู้จักของหลาย ๆ คนและมีการค้นพบแหล่งเหล็กและเหมืองใหม่ ดังนั้นยุคสำริดจึงถูกแทนที่ด้วยยุคเหล็ก
ตามคำอธิบายของโฮเมอร์ แม้ว่าในช่วงสงครามทรอย (ประมาณ 1250 ปีก่อนคริสตกาล) อาวุธส่วนใหญ่ทำจากทองแดงและทองแดง แต่เหล็กก็เป็นที่รู้จักกันดีและเป็นที่ต้องการอย่างมาก แม้ว่าจะมากกว่าในฐานะโลหะมีค่าก็ตาม ตัวอย่างเช่น ในบทที่ 23 ของ Iliad โฮเมอร์เล่าว่า Achilles ได้มอบรางวัลให้กับผู้ชนะในการแข่งขันขว้างจักรด้วยจานตีกลองเหล็ก ชาว Achaeans ขุดแร่เหล็กนี้จากโทรจันและชนชาติใกล้เคียง (Iliad 7.473) รวมถึงจาก Khalibs
บางทีเหล็กอาจเป็นเหตุผลหนึ่งที่กระตุ้นให้ชาวกรีก Achaean ย้ายไปเอเชียไมเนอร์ ซึ่งพวกเขาได้เรียนรู้เคล็ดลับของการผลิต และการขุดค้นในเอเธนส์แสดงให้เห็นว่าเมื่อประมาณ 1100 ปีก่อนคริสตกาล อี และต่อมาดาบเหล็ก หอก ขวาน และแม้แต่ตะปูเหล็กก็แพร่หลายไปแล้ว หนังสือในพระคัมภีร์ของโยชูวา 17:16 (เปรียบเทียบ ผู้วินิจฉัย 14:4) อธิบายว่าชาวฟิลิสเตีย (ในพระคัมภีร์ไบเบิล "PILISTIM" และเหล่านี้เป็นชนเผ่าโปรโต-กรีกที่เกี่ยวข้องกับเฮลเลเนสในภายหลัง ซึ่งส่วนใหญ่เป็นชาวเปลาสเจียน) มีรถรบเหล็กมากมาย กล่าวคือ ในเหล็กนี้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในปริมาณมากแล้ว
โฮเมอร์เรียกเหล็กว่ายากเพราะในสมัยโบราณวิธีการหลักในการได้มาคือกระบวนการทำชีส: การสลับชั้นของ> แร่เหล็กและถ่านกัมมันต์ในเตาเผาพิเศษ (ฟอร์จ - จาก "ฮอร์น" โบราณ - เขาท่อ เดิมทีมันเป็นเพียงแค่ท่อขุดดิน มักจะอยู่ในแนวนอนในแนวลาดชันของหุบเหว) ในเตาไฟ ออกไซด์ของเหล็กจะถูกลดขนาดเป็นโลหะด้วยถ่านหินร้อน ซึ่งกำจัดออกซิเจน ออกซิไดซ์เป็นคาร์บอนมอนอกไซด์ และเป็นผลมาจากการเผาแร่ด้วยถ่านหิน Kritsu ทำความสะอาดตะกรันด้วยการปลอม, บีบสิ่งสกปรกออก พัดแรงค้อน. เตาแรกมีอุณหภูมิค่อนข้างต่ำ - ต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของเหล็กหล่ออย่างเห็นได้ชัด ดังนั้น เหล็กจึงกลายเป็นคาร์บอนที่ค่อนข้างต่ำ เพื่อให้ได้เหล็กที่แข็งแรง จำเป็นต้องเผาและหลอมเหล็กกฤตสะด้วยถ่านหินหลายครั้ง ในขณะที่ชั้นผิวของโลหะนั้นอิ่มตัวด้วยคาร์บอนและชุบแข็งเพิ่มเติม นี่คือวิธีการได้มาซึ่ง "เหล็กที่ดี" - และถึงแม้จะต้องใช้งานมาก แต่ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากวิธีนี้ก็แข็งแกร่งกว่าและแข็งกว่าทองแดงอย่างเห็นได้ชัด
ต่อมาพวกเขาได้เรียนรู้วิธีสร้างเตาหลอมที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น (ในภาษารัสเซีย - เตาหลอมเหล็ก domnitsa) สำหรับการผลิตเหล็ก และใช้ขนเพื่อส่งอากาศไปยังเตาหลอม แล้วชาวโรมันสามารถนำอุณหภูมิในเตาหลอมไปสู่การหลอมเหล็กได้ (ประมาณ 1,400 องศาและเหล็กบริสุทธิ์จะละลายที่ 1,535 องศา) ในกรณีนี้ เหล็กหล่อขึ้นรูปด้วยจุดหลอมเหลว 1100-1200 องศา ซึ่งเปราะมากในสถานะของแข็ง (ไม่คล้อยตามการตีขึ้นรูป) และไม่มีความยืดหยุ่นของเหล็ก ในขั้นต้นถือว่าเป็นผลพลอยได้ที่เป็นอันตราย แต่แล้วพบว่าเมื่อหลอมละลายในเตาเผาที่มีลมพัดผ่านเพิ่มขึ้น เหล็กหล่อจะกลายเป็นเหล็ก อย่างดีเนื่องจากคาร์บอนส่วนเกินจะเผาไหม้ออก กระบวนการสองขั้นตอนสำหรับการผลิตเหล็กจากเหล็กหล่อนั้นง่ายกว่าและให้ผลกำไรมากกว่าบลูเบอร์รี่ และหลักการนี้ถูกใช้โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงมากเป็นเวลาหลายศตวรรษ ยังคงเป็นวิธีการหลักในการผลิตเหล็กจนถึงทุกวันนี้ วัสดุ.

ไอโซโทป

ธาตุเหล็กธรรมชาติประกอบด้วยไอโซโทปที่เสถียรสี่ชนิด: 54Fe (ความสมบูรณ์ของไอโซโทป 5.845%), 56Fe (91.754%), 57Fe (2.119%) และ 58Fe (0.282%) เป็นที่รู้จักกันมากกว่า 20 ไอโซโทปเหล็กที่ไม่เสถียรซึ่งมีตัวเลขมวลตั้งแต่ 45 ถึง 72 ซึ่งเสถียรที่สุดคือ 60Fe (ครึ่งชีวิตตามข้อมูลที่อัปเดตในปี 2552 คือ 2.6 ล้านปี), 55Fe (2.737 ปี), 59Fe (44.495 วัน ) และ 52Fe (8.275 ชั่วโมง); ไอโซโทปที่เหลือมีครึ่งชีวิตน้อยกว่า 10 นาที
ไอโซโทปเหล็ก 56Fe เป็นหนึ่งในนิวเคลียสที่เสถียรที่สุด องค์ประกอบทั้งหมดต่อไปนี้สามารถลดพลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออนโดยการสลายตัว และโดยหลักการแล้วองค์ประกอบก่อนหน้าทั้งหมดสามารถลดพลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออนเนื่องจากการหลอมรวม เป็นที่เชื่อกันว่าชุดของการสังเคราะห์องค์ประกอบในแกนกลางของดาวฤกษ์ปกติจะจบลงด้วยธาตุเหล็ก และองค์ประกอบที่ตามมาทั้งหมดสามารถเกิดขึ้นได้เฉพาะจากการระเบิดของซุปเปอร์โนวาเท่านั้น

ธรณีเคมีของเหล็ก

เหล็กเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่พบบ่อยที่สุดในระบบสุริยะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งบนดาวเคราะห์ภาคพื้นดิน โดยเฉพาะอย่างยิ่งบนโลก ส่วนสำคัญของธาตุเหล็กของดาวเคราะห์ภาคพื้นดินนั้นตั้งอยู่ในแกนกลางของดาวเคราะห์ ซึ่งมีเนื้อหาประมาณ 90% ปริมาณธาตุเหล็กในเปลือกโลกคือ 5% และในเสื้อคลุมประมาณ 12% ในบรรดาโลหะนั้น เหล็กเป็นรองเพียงอะลูมิเนียมในปริมาณมากในเปลือกโลก ในเวลาเดียวกัน ประมาณ 86% ของเหล็กทั้งหมดอยู่ในแกนกลาง และ 14% ในเสื้อคลุม เนื้อหาของธาตุเหล็กเพิ่มขึ้นอย่างมากในหินอัคนีขององค์ประกอบพื้นฐาน ซึ่งเกี่ยวข้องกับไพรอกซีน แอมฟิโบล โอลิวีน และไบโอไทต์ ในระดับความเข้มข้นทางอุตสาหกรรม เหล็กจะสะสมในระหว่างกระบวนการภายนอกและภายในเกือบทั้งหมดที่เกิดขึ้นในเปลือกโลก น้ำทะเลมีธาตุเหล็กในปริมาณเล็กน้อยมาก 0.002–0.02 มก./ลิตร ในน้ำในแม่น้ำจะสูงกว่าเล็กน้อย - 2 มก. / ล.

คุณสมบัติทางธรณีเคมีของเหล็ก

คุณสมบัติทางธรณีเคมีที่สำคัญที่สุดของเหล็กคือมีสถานะออกซิเดชันหลายสถานะ เหล็กในรูปแบบที่เป็นกลาง - โลหะ - ประกอบด้วยแกนโลก อาจมีอยู่ในเสื้อคลุมและไม่ค่อยพบในเปลือกโลก เหล็กเฟอร์รัส FeO เป็นรูปแบบหลักของเหล็กในเสื้อคลุมและเปลือกโลก ออกไซด์ของเหล็ก Fe2O3 เป็นลักษณะของส่วนบนสุด ออกซิไดซ์มากที่สุด บางส่วนของเปลือกโลก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หินตะกอน
ในแง่ของคุณสมบัติทางเคมีของผลึก ไอออน Fe2+ อยู่ใกล้กับไอออน Mg2+ และ Ca2+ ซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักอื่นๆ ที่ประกอบขึ้นเป็นส่วนสำคัญของหินบนบกทั้งหมด เนื่องจากคริสตัลมีความคล้ายคลึงกันทางเคมี ธาตุเหล็กจึงเข้ามาแทนที่แมกนีเซียมและในส่วนหนึ่งคือแคลเซียมในซิลิเกตหลายชนิด ปริมาณธาตุเหล็กในแร่ธาตุที่มีองค์ประกอบแปรผันมักจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่ลดลง
แร่ธาตุเหล็ก. ในเปลือกโลก ธาตุเหล็กมีการกระจายอย่างกว้างขวาง - คิดเป็นประมาณ 4.1% ของมวลของเปลือกโลก (อันดับที่ 4 จากองค์ประกอบทั้งหมด 2 ในกลุ่มโลหะ) ในเสื้อคลุมและเปลือกโลก เหล็กมีความเข้มข้นเป็นส่วนใหญ่ในซิลิเกต ในขณะที่เนื้อหามีนัยสำคัญในหินพื้นฐานและอัลตราเบสิก และในหินที่เป็นกรดและปานกลาง
แร่และแร่ธาตุจำนวนมากที่มีธาตุเหล็กเป็นที่รู้จักกันดี แร่เหล็กที่มีความสำคัญทางปฏิบัติมากที่สุด ได้แก่ แร่เหล็กสีแดง (เฮมาไทต์, Fe2O3; ประกอบด้วย Fe มากถึง 70%), แร่เหล็กแม่เหล็ก (แม่เหล็ก, FeFe2O4, Fe3O4; ประกอบด้วย 72.4% Fe), แร่เหล็กสีน้ำตาลหรือลิโมไนต์ (โกเอไทต์และไฮโดรโกเอไทต์ตามลำดับ FeOOH และ FeOOH nH2O ) เกอไทต์และไฮโดรโกเอไทต์มักพบในเปลือกโลกที่ผุกร่อน ก่อตัวเป็น "หมวกเหล็ก" ซึ่งมีความหนาหลายร้อยเมตร พวกมันอาจเป็นแหล่งกำเนิดตะกอนซึ่งหลุดออกจาก สารละลายคอลลอยด์ในทะเลสาบหรือบริเวณชายฝั่งทะเล ในกรณีนี้จะเกิดแร่น้ำมันหรือพืชตระกูลถั่ว พวกมันมักประกอบด้วย vivianite Fe3(PO4)2 8H2O ซึ่งก่อตัวเป็นผลึกยาวสีดำและมวลรวมที่แผ่รังสีในแนวรัศมี
ในธรรมชาติเหล็กซัลไฟด์ก็แพร่หลายเช่นกัน - pyrite FeS2 (กำมะถันหรือเหล็กไพไรต์) และไพร์โรไทต์ พวกเขาไม่ใช่แร่เหล็ก - ไพไรต์ใช้ในการผลิตกรดซัลฟิวริก และไพร์โรไทต์มักประกอบด้วยนิกเกิลและโคบอลต์
ในแง่ของแร่เหล็กสำรอง รัสเซียเป็นอันดับแรกในโลก
ปริมาณธาตุเหล็กในน้ำทะเลคือ 1·10−5—1·10−8%
แร่ธาตุเหล็กทั่วไปอื่น ๆ ได้แก่ :

Siderite - FeCO3 - มีธาตุเหล็กประมาณ 35% มีสีขาวอมเหลือง (มีสีเทาหรือสีน้ำตาลในกรณีที่มีการปนเปื้อน) ความหนาแน่น 3 g / cm³ และความแข็ง 3.5-4.5 ในระดับ Mohs
Marcasite - FeS2 - มีธาตุเหล็ก 46.6% มันเกิดขึ้นเป็นสีเหลืองเช่นทองเหลืองผลึกขนมเปียกปูนสองพีระมิดที่มีความหนาแน่น 4.6-4.9 g / cm³และความแข็ง 5-6 ในระดับ Mohs
Lollingite - FeAs2 - มีธาตุเหล็ก 27.2% และเกิดขึ้นในรูปของผลึกขนมเปียกปูน bipyramidal สีเงินขาว ความหนาแน่นคือ 7-7.4 g / cm³ ความแข็ง 5-5.5 ในระดับ Mohs
Mispicel - FeAsS - มีธาตุเหล็ก 34.3% มันเกิดขึ้นเป็นปริซึมโมโนคลินิกสีขาวที่มีความหนาแน่น 5.6–6.2 g/cm³ และความแข็ง 5.5–6 ในระดับ Mohs
Melanterite - FeSO4 7H2O - พบได้น้อยกว่าในธรรมชาติและเป็นผลึกเดี่ยวสีเขียว (หรือสีเทาเนื่องจากสิ่งสกปรก) ที่มีความมันวาวคล้ายแก้วและเปราะบาง ความหนาแน่น 1.8-1.9 g/cm³
Vivianite - Fe3 (PO4) 2 8H2O - เกิดขึ้นในรูปแบบของคริสตัลโมโนคลินิกสีน้ำเงินเทาหรือเขียวเทาที่มีความหนาแน่น 2.95 g / cm³และความแข็ง 1.5-2 ในระดับ Mohs

เงินฝากหลัก

จากการสำรวจทางธรณีวิทยาของสหรัฐอเมริกา (ประมาณการในปี 2554) ปริมาณสำรองแร่เหล็กที่พิสูจน์แล้วของโลกอยู่ที่ประมาณ 178 พันล้านตัน แหล่งแร่เหล็กหลักอยู่ในบราซิล (อันดับที่ 1) ออสเตรเลีย สหรัฐอเมริกา แคนาดา สวีเดน เวเนซุเอลา ไลบีเรีย ยูเครน ฝรั่งเศส อินเดีย ในรัสเซียมีการขุดเหล็กที่ความผิดปกติทางแม่เหล็กของ Kursk (KMA) คาบสมุทร Kola ใน Karelia และ Siberia ในยูเครน - Krivbass ภูมิภาค Poltava คาบสมุทร Kerch เมื่อเร็วๆ นี้ แหล่งสะสมของมหาสมุทรด้านล่างได้เข้ามามีบทบาทสำคัญ โดยพบเหล็ก ร่วมกับแมงกานีสและโลหะมีค่าอื่นๆ ในก้อน

ใบเสร็จ. ในอุตสาหกรรม เหล็กได้มาจากแร่เหล็ก ส่วนใหญ่มาจากเฮมาไทต์ (Fe2O3) และแมกนีไทต์ (FeO·Fe2O3)

มีหลายวิธีในการสกัดธาตุเหล็กจากแร่ ที่พบบ่อยที่สุดคือกระบวนการโดเมน
ขั้นตอนแรกของการผลิตคือการลดปริมาณเหล็กที่มีคาร์บอนลงในเตาหลอมที่อุณหภูมิ 2,000 °C ในเตาหลอมเหลว คาร์บอนในรูปของโค้ก แร่เหล็กในรูปของซินเตอร์หรือเม็ด และฟลักซ์ (เช่น หินปูน) จะถูกป้อนจากด้านบนและพบกับกระแสลมร้อนที่ฉีดจากด้านล่าง
ในเตาเผา คาร์บอนในรูปของโค้กจะถูกออกซิไดซ์เป็นคาร์บอนมอนอกไซด์ ออกไซด์นี้เกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้โดยขาดออกซิเจน:

ในทางกลับกัน คาร์บอนมอนอกไซด์จะดึงธาตุเหล็กออกจากแร่ เพื่อให้ปฏิกิริยานี้เร็วขึ้น คาร์บอนมอนอกไซด์ที่ถูกให้ความร้อนจะถูกส่งผ่านเหล็ก (III) ออกไซด์:

ฟลักซ์จะถูกเพิ่มเข้าไปเพื่อกำจัดสิ่งสกปรกที่ไม่พึงประสงค์ (ส่วนใหญ่มาจากซิลิเกต เช่น ควอตซ์) ในแร่ที่ขุด ฟลักซ์ทั่วไปประกอบด้วยหินปูน (แคลเซียมคาร์บอเนต) และโดโลไมต์ (แมกนีเซียมคาร์บอเนต) ฟลักซ์อื่นๆ ใช้เพื่อขจัดสิ่งเจือปนอื่นๆ
ผลกระทบของฟลักซ์ (ในกรณีนี้คือแคลเซียมคาร์บอเนต) คือเมื่อถูกความร้อนจะสลายตัวเป็นออกไซด์:

แคลเซียมออกไซด์รวมกับซิลิกอนไดออกไซด์ทำให้เกิดตะกรัน - แคลเซียมเมทาซิลิเกต:

ตะกรันซึ่งแตกต่างจากซิลิกอนไดออกไซด์จะละลายในเตาเผา เบากว่าเหล็ก ตะกรันลอยอยู่บนพื้นผิว - คุณสมบัตินี้ช่วยให้คุณแยกตะกรันออกจากโลหะ ตะกรันสามารถใช้ในการก่อสร้างและการเกษตร เหล็กหลอมเหลวที่ได้จากเตาหลอมเหลวมีคาร์บอนค่อนข้างมาก (เหล็กหล่อ) ยกเว้นในกรณีดังกล่าว เมื่อใช้เหล็กหล่อโดยตรง จะต้องมีการแปรรูปเพิ่มเติม
คาร์บอนส่วนเกินและสิ่งเจือปนอื่นๆ (กำมะถัน ฟอสฟอรัส) จะถูกลบออกจากเหล็กหล่อโดยออกซิเดชันในเตาเผาแบบเปิดหรือในคอนเวอร์เตอร์ เตาไฟฟ้ายังใช้สำหรับการถลุงเหล็กอัลลอยด์
นอกจากกระบวนการเตาหลอมเหล็กแล้ว กระบวนการผลิตเหล็กโดยตรงยังเป็นเรื่องปกติ ในกรณีนี้ แร่ที่บดแล้วจะผสมกับดินเหนียวพิเศษเพื่อสร้างเม็ด เม็ดถูกคั่วและผ่านกรรมวิธีในเตาเพลาด้วยผลิตภัณฑ์แปลงก๊าซมีเทนร้อนที่มีไฮโดรเจน ไฮโดรเจนลดธาตุเหล็กได้ง่าย:
,
ในขณะที่ไม่มีการปนเปื้อนของเหล็กกับสิ่งเจือปนเช่นกำมะถันและฟอสฟอรัสซึ่งเป็นสิ่งเจือปนทั่วไปในถ่านหิน ได้เหล็กมาในรูปของแข็ง แล้วหลอมลงในเตาไฟฟ้า
เหล็กบริสุทธิ์ทางเคมีได้มาจากอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายของเกลือ

คุณสมบัติทางกายภาพ

เหล็กเป็นโลหะทั่วไป ในสภาวะอิสระจะมีสีขาวเงินและมีสีเทาอมเทา โลหะบริสุทธิ์มีความเหนียว สิ่งสกปรกต่างๆ (โดยเฉพาะคาร์บอน) ช่วยเพิ่มความแข็งและความเปราะบาง มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กที่เด่นชัด "ธาตุเหล็กสาม" มักจะมีความโดดเด่น - กลุ่มของโลหะสามชนิด (เหล็ก Fe, โคบอลต์ Co, นิกเกิล Ni) ที่มีคุณสมบัติทางกายภาพที่คล้ายกัน รัศมีอะตอม และค่าอิเล็กโตรเนกาติวีตี้
ธาตุเหล็กมีลักษณะที่หลากหลาย โดยมีการปรับเปลี่ยนผลึกสี่แบบ:

สูงถึง 769 °C มี α-Fe (เฟอร์ไรต์) ที่มีลูกบาศก์ตาข่ายที่มีตัวเป็นศูนย์กลางและคุณสมบัติของเฟอร์โรแม่เหล็ก (769 °C ≈ 1043 K คือจุด Curie สำหรับเหล็ก)
ในช่วงอุณหภูมิ 769–917 °C มี β-Fe ซึ่งแตกต่างจาก α-Fe เฉพาะในพารามิเตอร์ของโครงตาข่ายลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางอยู่ที่ลำตัวและคุณสมบัติทางแม่เหล็กของพาราแมกเนติก
ในช่วงอุณหภูมิ 917–1394 °C มี γ-Fe (ออสเทนไนต์) ที่มีลูกบาศก์ตาข่ายอยู่กึ่งกลางใบหน้า
ที่สูงกว่า 1394 °C เสถียร δ-Fe โดยมีลูกบาศก์ตาข่ายที่มีตัวเป็นศูนย์กลาง

วิทยาศาสตร์โลหะไม่ได้แยกแยะ β-Fe เป็นเฟสที่แยกจากกัน และถือว่ามันเป็นความหลากหลายของ α-Fe เมื่อเหล็กหรือเหล็กกล้าถูกทำให้ร้อนเหนือจุด Curie (769 °C ≈ 1043 K) การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของไอออนจะทำให้ทิศทางการหมุนของโมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอนบิดเบี้ยว เฟอโรแม่เหล็กจะกลายเป็นพาราแมกเนติก - การเปลี่ยนเฟสลำดับที่สองเกิดขึ้น แต่ การเปลี่ยนเฟสลำดับแรกจะไม่เกิดขึ้นกับการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ทางกายภาพพื้นฐานของผลึก
สำหรับเหล็กบริสุทธิ์ที่ความดันปกติ จากมุมมองของโลหะวิทยา มีการดัดแปลงที่เสถียรดังต่อไปนี้:

จาก ศูนย์สัมบูรณ์สูงถึง 910 °C การปรับ α ด้วยตาข่ายคริสตัลลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางอยู่ที่ลำตัว (bcc) นั้นเสถียร
จาก 910 ถึง 1400 °C การดัดแปลง γ ด้วยตะแกรงคริสตัลลูกบาศก์ที่มีผิวหน้าอยู่ตรงกลาง (fcc) นั้นเสถียร
จาก 1,400 ถึง 1539 °C การดัดแปลง δ ด้วยตาข่ายคริสตัลลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางอยู่ที่ลำตัว (bcc) จะมีเสถียรภาพ

การปรากฏตัวขององค์ประกอบคาร์บอนและโลหะผสมในเหล็กเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิการเปลี่ยนเฟสอย่างมีนัยสำคัญ (ดูแผนภาพเฟสของเหล็ก-คาร์บอน) สารละลายที่เป็นของแข็งของคาร์บอนในเหล็ก α- และ δ เรียกว่าเฟอร์ไรท์ บางครั้งมีความแตกต่างระหว่าง δ-เฟอร์ไรท์ที่อุณหภูมิสูงและ α-เฟอร์ไรท์ที่อุณหภูมิต่ำ (หรือเพียงแค่เฟอร์ไรท์) แม้ว่าโครงสร้างอะตอมจะเหมือนกัน สารละลายที่เป็นของแข็งของคาร์บอนในเหล็ก γ เรียกว่า ออสเทนไนต์

ในบริเวณที่มีความกดดันสูง (มากกว่า 13 GPa, 128.3,000 atm.) การดัดแปลงของเหล็กεที่มีตาข่ายปิดหกเหลี่ยม (HCP) จะปรากฏขึ้น

ปรากฏการณ์ของความหลากหลายทางโลหะวิทยามีความสำคัญอย่างยิ่งต่อโลหะผสมเหล็ก ต้องขอบคุณการเปลี่ยนผ่าน α-γ ของโครงตาข่ายคริสตัลที่ทำให้เหล็กผ่านการอบชุบด้วยความร้อน หากไม่มีปรากฏการณ์นี้ เหล็กที่เป็นพื้นฐานของเหล็กคงไม่ได้รับการใช้งานอย่างแพร่หลายเช่นนี้
เหล็กเป็นโลหะทนไฟปานกลาง ในชุดของศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน เหล็กจะอยู่ก่อนไฮโดรเจนและทำปฏิกิริยากับกรดเจือจางได้ง่าย ดังนั้นเหล็กจึงเป็นของโลหะที่มีกิจกรรมปานกลาง
จุดหลอมเหลวของเหล็กคือ 1539 °C จุดเดือดคือ 2862 °C

คุณสมบัติทางเคมี

สถานะออกซิเดชันลักษณะ

สำหรับธาตุเหล็ก สถานะออกซิเดชันของเหล็กมีลักษณะเฉพาะ - +2 และ +3
สถานะออกซิเดชัน +2 สอดคล้องกับแบล็กออกไซด์ FeO และไฮดรอกไซด์สีเขียว Fe(OH)2 พวกเขาเป็นพื้นฐาน ในเกลือมี Fe(+2) เป็นไอออนบวก Fe(+2) เป็นตัวรีดิวซ์ที่อ่อนแอ
+3 สถานะออกซิเดชันสอดคล้องกับออกไซด์สีน้ำตาลแดง Fe2O3 และไฮดรอกไซด์สีน้ำตาล Fe(OH)3 พวกมันมีลักษณะเป็นแอมโฟเทอริกแม้ว่าคุณสมบัติที่เป็นกรดและพื้นฐานของพวกมันจะแสดงออกมาอย่างอ่อน ดังนั้น ไอออน Fe3+ จะถูกไฮโดรไลซ์อย่างสมบูรณ์แม้ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด Fe (OH) 3 ละลาย (และยังไม่หมด) เฉพาะในด่างเข้มข้นเท่านั้น Fe2O3 ทำปฏิกิริยากับด่างเฉพาะเมื่อหลอมรวม ให้เฟอร์ไรท์ (เกลือที่เป็นทางการของกรด HFeO2 ซึ่งไม่มีอยู่ในรูปแบบอิสระ):

เหล็ก (+3) ส่วนใหญ่มักแสดงคุณสมบัติการออกซิไดซ์ที่อ่อนแอ
สถานะออกซิเดชัน +2 และ +3 จะเปลี่ยนแปลงได้ง่ายเมื่อสภาวะรีดอกซ์เปลี่ยนแปลง
นอกจากนี้ยังมีออกไซด์ Fe3O4 ซึ่งเป็นสถานะออกซิเดชันของเหล็กอย่างเป็นทางการซึ่งคือ +8/3 อย่างไรก็ตาม ออกไซด์นี้ถือได้ว่าเป็นเหล็ก (II) เฟอร์ไรต์ Fe+2(Fe+3O2)2
นอกจากนี้ยังมีสถานะออกซิเดชันของ +6 ออกไซด์และไฮดรอกไซด์ที่สอดคล้องกันไม่มีอยู่ในรูปแบบอิสระ แต่ได้รับเกลือเฟอร์เรต (เช่น K2FeO4) ธาตุเหล็ก (+6) อยู่ในรูปของประจุลบ เฟอร์เรตเป็นสารออกซิไดซ์ที่แรง

สารประกอบเหล็ก (II)

เหล็กออกไซด์ (II) FeO มีคุณสมบัติพื้นฐานซึ่งสอดคล้องกับฐาน Fe (OH) 2 เกลือของเหล็ก (II) มีสีเขียวอ่อน เมื่อเก็บไว้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอากาศชื้น จะเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาลเนื่องจากออกซิเดชันเป็นเหล็ก (III) กระบวนการเดียวกันนี้เกิดขึ้นระหว่างการจัดเก็บสารละลายของเกลือเหล็ก (II) ที่เป็นน้ำ:

เกลือของเหล็ก (II) ในสารละลายในน้ำ เกลือของ Mohr มีความคงตัว - แอมโมเนียมคู่และเหล็ก (II) ซัลเฟต (NH4)2Fe(SO4)2 6H2O
โพแทสเซียม hexacyanoferrate(III) K3 (เกลือเลือดแดง) สามารถทำหน้าที่เป็นรีเอเจนต์สำหรับไอออน Fe2+ ในสารละลาย เมื่อ Fe2+ และ 3− ไอออนมีปฏิสัมพันธ์ โพแทสเซียมเหล็ก (II) hexacyanoferrate (III) จะตกตะกอน (ปรัสเซียนสีน้ำเงิน):

ซึ่งจัดเรียงใหม่ภายในโมเลกุลเป็นโพแทสเซียมเหล็ก (III) hexacyanoferrate(II):

สำหรับ การหาปริมาณธาตุเหล็ก (II) ในสารละลาย ใช้ฟีแนนโทรลีนเพ็ญ ซึ่งเป็นสารประกอบเชิงซ้อน FePhen3 สีแดงที่มีธาตุเหล็ก (II) (การดูดกลืนแสงสูงสุด - 520 นาโนเมตร) ในช่วง pH กว้าง (4-9)

สารประกอบเหล็ก (III)

เหล็ก (III) ออกไซด์ Fe2O3 เป็นแอมโฟเทอริกอ่อน ๆ มันสอดคล้องกับเบสที่อ่อนแอกว่า Fe (OH) 2, Fe (OH) 3 ซึ่งทำปฏิกิริยากับกรด:

เกลือ Fe3+ มีแนวโน้มที่จะสร้างผลึกไฮเดรต ในนั้น ไอออน Fe3+ มักจะล้อมรอบด้วยโมเลกุลของน้ำ 6 โมเลกุล เกลือเหล่านี้เป็นสีชมพูหรือสีม่วง
ไอออน Fe3+ ถูกไฮโดรไลซ์อย่างสมบูรณ์แม้ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด ที่ pH>4 ไอออนนี้จะตกตะกอนเกือบทั้งหมดเป็น Fe(OH)3:

ด้วยการไฮโดรไลซิสบางส่วนของไอออน Fe3+ โพลีนิวเคลียร์ออกโซ- และไฮดรอกซิเคชันจะเกิดขึ้น เนื่องจากสารละลายกลายเป็นสีน้ำตาล
คุณสมบัติหลักของเหล็ก(III) ไฮดรอกไซด์ Fe(OH)3 นั้นแสดงออกมาได้อ่อนมาก สามารถทำปฏิกิริยากับสารละลายด่างเข้มข้นเท่านั้น:

ไฮดรอกโซคอมเพล็กซ์ของเหล็ก (III) ที่ได้จะคงตัวในสารละลายที่มีความเป็นด่างสูงเท่านั้น เมื่อสารละลายถูกเจือจางด้วยน้ำ จะถูกทำลาย และ Fe (OH) 3 จะตกตะกอน
เมื่อหลอมรวมกับด่างและออกไซด์ของโลหะอื่น Fe2O3 จะสร้างเฟอร์ไรต์ได้หลากหลาย:

สารประกอบเหล็ก (III) ในสารละลายจะลดลงโดยเหล็กที่เป็นโลหะ:

เหล็ก (III) สามารถสร้างซัลเฟตสองเท่าด้วยไอออนบวกของสารส้มที่มีประจุเพียงตัวเดียว ตัวอย่างเช่น KFe(SO4)2 - สารส้มเหล็กโพแทสเซียม (NH4)Fe(SO4)2 - สารส้มเหล็ก-แอมโมเนียม เป็นต้น
สำหรับการตรวจจับเชิงคุณภาพของสารประกอบเหล็ก (III) ในสารละลาย จะใช้ปฏิกิริยาเชิงคุณภาพของไอออน Fe3+ กับไทโอไซยาเนตอนินทรีย์ SCN− ในกรณีนี้ จะเกิดส่วนผสมของสารเชิงซ้อนไทโอไซยาเนตสีแดงสดของเหล็ก 2+, +, Fe(SCN)3, - องค์ประกอบของส่วนผสม (และด้วยเหตุนี้ความเข้มของสี) ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ ดังนั้นวิธีนี้จึงไม่เหมาะสำหรับการกำหนดคุณภาพของธาตุเหล็กที่แม่นยำ
รีเอเจนต์คุณภาพสูงอีกตัวสำหรับไอออน Fe3+ คือโพแทสเซียม hexacyanoferrate(II) K4 (เกลือเลือดเหลือง) เมื่อไอออน Fe3+ และ 4− เกิดปฏิกิริยากัน การตกตะกอนสีฟ้าสดใสของโพแทสเซียมเหล็ก (III) hexacyanoferrate (II) จะตกตะกอน:

ไอออน Fe3+ ถูกกำหนดในเชิงปริมาณโดยการก่อตัวของสารประกอบเชิงซ้อนสีแดง (ในตัวกลางที่เป็นกรดเล็กน้อย) หรือสีเหลือง (ในตัวกลางที่เป็นด่างเล็กน้อย) ที่มีกรดซัลโฟซาลิไซลิก ปฏิกิริยานี้ต้องการการเลือกบัฟเฟอร์ที่มีความสามารถ เนื่องจากแอนไอออนบางตัว (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อะซิเตต) ก่อให้เกิดสารเชิงซ้อนผสมกับเหล็กและกรดซัลโฟซาลิไซลิกที่มีลักษณะทางแสงของตัวเอง

สารประกอบเหล็ก (VI)

เฟอร์เรตคือเกลือของกรดเฟอร์ริก H2FeO4 ที่ไม่มีอยู่ในรูปแบบอิสระ เหล่านี้เป็นสารประกอบสีม่วงซึ่งชวนให้นึกถึงเปอร์แมงกาเนตในคุณสมบัติการออกซิไดซ์และซัลเฟตในการละลาย เฟอร์เรตได้มาจากการกระทำของก๊าซคลอรีนหรือโอโซนบนสารแขวนลอยของ Fe (OH) 3 ในด่าง:

เฟอร์เรตยังสามารถได้รับโดยอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายอัลคาไล 30% บนแอโนดเหล็ก:

เฟอร์เรตเป็นสารออกซิไดซ์ที่แรง ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด พวกมันสลายตัวด้วยการปล่อยออกซิเจน:

คุณสมบัติการออกซิไดซ์ของเฟอร์เรตใช้ในการฆ่าเชื้อในน้ำ

แอปพลิเคชัน

เหล็กเป็นโลหะที่ใช้กันมากที่สุดชนิดหนึ่ง โดยคิดเป็นสัดส่วนถึง 95% ของการผลิตทางโลหะวิทยาของโลก

เหล็กเป็นส่วนประกอบหลักของเหล็กและเหล็กหล่อ ซึ่งเป็นวัสดุโครงสร้างที่สำคัญที่สุด
เหล็กสามารถรวมอยู่ในโลหะผสมที่มีพื้นฐานมาจากโลหะอื่นๆ เช่น นิกเกิล
เหล็กออกไซด์แม่เหล็ก (แม่เหล็ก) เป็นวัสดุสำคัญในการผลิตอุปกรณ์หน่วยความจำคอมพิวเตอร์ระยะยาว: ฮาร์ดไดรฟ์ ฟลอปปีดิสก์ ฯลฯ
ผงแมกนีไทต์ชนิด Ultrafine ใช้ในเครื่องพิมพ์เลเซอร์ขาวดำจำนวนมากที่ผสมกับเม็ดพอลิเมอร์เป็นผงหมึก ใช้ทั้งสีดำของแมกนีไทต์และความสามารถในการยึดติดกับลูกกลิ้งถ่ายโอนแบบแม่เหล็ก
เฟอร์โรที่ไม่เหมือนใคร คุณสมบัติของแม่เหล็กโลหะผสมที่มีธาตุเหล็กจำนวนหนึ่งมีส่วนช่วยในการใช้งานอย่างแพร่หลายในด้านวิศวกรรมไฟฟ้าสำหรับวงจรแม่เหล็กของหม้อแปลงไฟฟ้าและมอเตอร์ไฟฟ้า
เหล็ก (III) คลอไรด์ (เฟอริกคลอไรด์) ใช้ในการฝึกวิทยุสมัครเล่นสำหรับการแกะสลักแผงวงจรพิมพ์
เฟอร์รัสซัลเฟต (ไอรอนซัลเฟต) ผสมกับคอปเปอร์ซัลเฟตใช้เพื่อควบคุมเชื้อราที่เป็นอันตรายในสวนและการก่อสร้าง
เหล็กใช้เป็นแอโนดในแบตเตอรี่เหล็ก-นิกเกิล แบตเตอรี่ไอรอน-แอร์
สารละลายน้ำของคลอไรด์ของเหล็กไดวาเลนต์และเฟอริกรวมถึงซัลเฟตถูกใช้เป็นสารตกตะกอนในการทำให้น้ำธรรมชาติและน้ำเสียบริสุทธิ์ในการบำบัดน้ำของผู้ประกอบการอุตสาหกรรม

ออกไซด์ของเหล็กเป็นสารประกอบของเหล็กกับออกซิเจน

เหล็กออกไซด์สามชนิดเป็นที่รู้จักกันเป็นอย่างดี: เหล็ก (II) ออกไซด์ - FeO, เหล็กออกไซด์ (III) - Fe 2 O 3 และเหล็กออกไซด์ (II, III) - Fe 3 O 4

เหล็ก(II) ออกไซด์

สูตรทางเคมีของเหล็กออกไซด์คือ -เฟO . การเชื่อมต่อนี้เป็นสีดำ

เฟO ทำปฏิกิริยากับกรดไฮโดรคลอริกเจือจางและกรดไนตริกเข้มข้นได้ง่าย

FeO + 2HCl → FeCl 2 + H 2 O

FeO + 4HNO 3 → Fe(NO 3) 3 + NO 2 + 2H 2 O

ไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำและเกลือ

เมื่อทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนที่อุณหภูมิ 350 ° C และโค้กที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,000 ° C จะลดลงเป็นเหล็กบริสุทธิ์

FeO + H 2 → Fe + H 2 O

เฟO + C → เฟ + CO

เหล็กออกไซด์ (II) ได้หลายวิธี:

1. อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยารีดิวซ์ของเฟอริกออกไซด์กับคาร์บอนมอนอกไซด์

เฟ 2 O 3 + CO → 2 FeO + CO 2

2. เตารีดความร้อนที่แรงดันออกซิเจนต่ำ

2Fe + O 2 → 2 FeO

3. การสลายตัวของเฟอร์รัสออกซาเลตในสุญญากาศ

FeC 2 O 4 → FeO + CO + CO 2

4. ปฏิกิริยาของเหล็กกับเหล็กออกไซด์ที่อุณหภูมิ 900-1000 o

เฟ + เฟ 2 O 3 → 3 เฟO

เฟ + เฟ 3 O 4 → 4 เฟO

ในธรรมชาติ เฟอร์รัสออกไซด์มีอยู่ในรูปของแร่วูสไทต์

ในอุตสาหกรรม จะใช้ในการถลุงเหล็กในเตาหลอม ในกระบวนการหลอมเหล็ก (การเผาไหม้) ของเหล็ก รวมอยู่ในองค์ประกอบของสีย้อมและเซรามิก

เหล็ก(III) ออกไซด์

สูตรเคมี Fe2O3 . เป็นสารประกอบของเหล็กเฟอริกกับออกซิเจน เป็นผงสีน้ำตาลแดง มันเกิดขึ้นตามธรรมชาติเป็นแร่เฮมาไทต์

Fe2O3 มีชื่ออื่นๆ: เหล็กออกไซด์, เหล็กมินเนียม, ส้ม, เม็ดสีแดง 101 สีผสมอาหารE172 .

ไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำ มันสามารถโต้ตอบกับทั้งกรดและด่าง

เฟ 2 O 3 + 6HCl → 2 FeCl 3 + 3H 2 O

เฟ 2 O 3 + 2NaOH → 2NaFeO 2 + H 2 O

เหล็กออกไซด์ (III) ใช้สำหรับทาสีวัสดุก่อสร้าง: อิฐ, ซีเมนต์, เซรามิก, คอนกรีต, แผ่นปูพื้น, เสื่อน้ำมัน มันถูกเพิ่มเป็นสีย้อมสำหรับสีและเคลือบ, หมึกพิมพ์ เหล็กออกไซด์ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการผลิตแอมโมเนีย ที่ อุตสาหกรรมอาหารเป็นที่รู้จักกันในชื่อ E172

เหล็กออกไซด์ (II, III)

สูตรเคมี Fe 3 O 4 . สูตรนี้สามารถเขียนได้อีกแบบหนึ่ง: FeO Fe 2 O 3

โดยธรรมชาติจะพบเป็นแร่แมกนีไทต์หรือแร่เหล็กแม่เหล็ก เขาเป็นวาทยกรที่ดี กระแสไฟฟ้าและมีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็ก มันเกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้ของเหล็กและภายใต้การกระทำของไอน้ำร้อนยวดยิ่งบนเหล็ก

3Fe + 2 O 2 → Fe 3 O 4

3Fe + 4H 2 O → Fe 3 O 4 + 4H 2

ความร้อนที่อุณหภูมิ 1538 ° C ทำให้เกิดการสลายตัว

2Fe 3 O 4 → 6FeO + O 2

ทำปฏิกิริยากับกรด

Fe 3 O 4 + 8HCl → FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O

Fe 3 O 4 + 10HNO 3 → 3Fe(NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O

ทำปฏิกิริยากับด่างเมื่อหลอมรวม

Fe 3 O 4 + 14NaOH → Na 3 FeO 3 + 2Na 5 FeO 4 + 7H 2 O

ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในบรรยากาศ

4 เฟ 3 O 4 + O 2 → 6Fe 2 O 3

การฟื้นตัวเกิดขึ้นจากปฏิกิริยากับไฮโดรเจนและคาร์บอนมอนอกไซด์

เฟ 3 O 4 + 4H 2 → 3Fe + 4H 2 O

เฟ 3 O 4 + 4CO → 3Fe + 4CO 2

อนุภาคนาโนแม่เหล็กของ Fe 3 O 4 ออกไซด์พบการประยุกต์ใช้ในการถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก พวกเขายังใช้ในการผลิตสื่อแม่เหล็ก เหล็กออกไซด์ Fe 3 O 4 เป็นส่วนหนึ่งของสีที่ผลิตขึ้นโดยเฉพาะสำหรับเรือรบ เรือดำน้ำ และอุปกรณ์อื่นๆ แมกนีไทต์ผสมใช้ทำอิเล็กโทรดสำหรับกระบวนการไฟฟ้าเคมีบางอย่าง

โลหะสีเงิน-ขาวที่อ่อนตัวได้และมีปฏิกิริยาทางเคมีสูง: เหล็กจะสึกกร่อนอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิสูงหรือในอากาศที่มีความชื้นสูง ในออกซิเจนบริสุทธิ์ ธาตุเหล็กจะเผาไหม้ และในสถานะที่กระจายตัวอย่างประณีต จะจุดไฟในอากาศได้เองตามธรรมชาติ ถูกกำหนดโดยสัญลักษณ์ Fe (lat. Ferrum) หนึ่งในโลหะที่พบมากที่สุดในเปลือกโลก (อันดับสองรองจากนี้)

ดูสิ่งนี้ด้วย:

โครงสร้าง

สำหรับธาตุเหล็ก มีการดัดแปลงหลายรูปแบบ โดยการปรับเปลี่ยนที่อุณหภูมิสูง - γ-Fe (สูงกว่า 906 °) ก่อให้เกิดตาข่ายของลูกบาศก์ที่มีใบหน้าอยู่ตรงกลางของประเภท Cu (a 0 \u003d 3.63) และค่าต่ำ - การปรับเปลี่ยนอุณหภูมิ - α-Fe-lattice ของลูกบาศก์กึ่งกลางของประเภทα-Fe ( a 0 = 2.86)
ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิความร้อน เหล็กสามารถปรับเปลี่ยนได้สามแบบ โดยมีโครงสร้างที่แตกต่างกันของโครงผลึก:

ในช่วงอุณหภูมิจากต่ำสุดถึง 910 ° C - a-ferrite (alpha-ferrite) มีโครงสร้างผลึกขัดแตะในรูปแบบของลูกบาศก์ที่อยู่ตรงกลาง
ในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ 910 ถึง 1390 องศาเซลเซียส - ออสเทนไนต์ ตะแกรงผลึกซึ่งมีโครงสร้างของลูกบาศก์ที่มีใบหน้าอยู่ตรงกลาง
ในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ 1390 ถึง 1535 ° C (จุดหลอมเหลว) - d-ferrite (delta-ferrite) ผลึกแลตทิซของดี-เฟอร์ไรท์นั้นเหมือนกับของอะ-เฟอร์ไรท์ ความแตกต่างระหว่างอะตอมทั้งสองนี้แตกต่างกัน (มากสำหรับ d-ferrite) เท่านั้น

เมื่อเหล็กเหลวถูกทำให้เย็นลง ผลึกปฐมภูมิ (ศูนย์กลางการตกผลึก) จะปรากฏขึ้นพร้อมกันที่จุดต่างๆ ของปริมาตรที่หล่อเย็น ในระหว่างการทำความเย็นที่ตามมา เซลล์ผลึกใหม่จะถูกสร้างขึ้นรอบๆ ศูนย์แต่ละแห่ง จนกว่าโลหะเหลวจะหมดไป
ผลที่ได้คือโครงสร้างที่ละเอียดของโลหะ แต่ละเม็ดมีตาข่ายคริสตัลที่มีทิศทางที่แน่นอนของแกน
เมื่อเหล็กแข็งเย็นลง ในระหว่างการเปลี่ยนจาก d-ferrite เป็น austenite และ austenite เป็น α-ferrite ศูนย์การตกผลึกใหม่สามารถปรากฏขึ้นพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงขนาดเกรนที่สอดคล้องกัน

คุณสมบัติ

ในรูปบริสุทธิ์ภายใต้สภาวะปกติ เป็นของแข็ง มีสีเทาเงินและเงาโลหะที่เด่นชัด คุณสมบัติทางกลของเหล็กรวมถึงระดับความแข็งในระดับ Mohs เท่ากับสี่ (กลาง) เหล็กมีค่าการนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดี คุณลักษณะสุดท้ายสามารถสัมผัสได้โดยการสัมผัสวัตถุเหล็กในห้องเย็น เนื่องจากวัสดุนี้นำความร้อนได้รวดเร็ว จึงใช้ความร้อนออกจากผิวได้มากในระยะเวลาอันสั้น ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้คุณรู้สึกหนาว
ตัวอย่างเช่น เมื่อสัมผัสต้นไม้ จะสังเกตได้ว่าค่าการนำความร้อนต่ำกว่ามาก คุณสมบัติทางกายภาพของเหล็กคือจุดหลอมเหลวและจุดเดือด อันแรกคือ 1539 องศาเซลเซียส ที่สองคือ 2860 องศาเซลเซียส สรุปได้ว่าคุณสมบัติเฉพาะของเหล็กมีความเหนียวและหลอมละลายได้ดี แต่นั่นไม่ใช่ทั้งหมด คุณสมบัติทางกายภาพของเหล็กยังรวมถึงเฟอร์โรแมกเนติกด้วย มันคืออะไร? เหล็กซึ่งมีคุณสมบัติแม่เหล็กที่เราสามารถสังเกตได้ ตัวอย่างการใช้งานจริงทุกวันเป็นโลหะชนิดเดียวที่มีลักษณะเฉพาะเช่นนี้ เนื่องจากวัสดุนี้สามารถถูกทำให้เป็นแม่เหล็กได้ภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็ก และหลังจากการสิ้นสุดของการกระทำของหลัง เหล็ก ซึ่งเป็นสมบัติทางแม่เหล็กที่เพิ่งเกิดขึ้น ยังคงเป็นแม่เหล็กเป็นเวลานาน ปรากฏการณ์นี้สามารถอธิบายได้ด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าในโครงสร้างของโลหะนี้มีอิเล็กตรอนอิสระจำนวนมากที่สามารถเคลื่อนที่ได้

สำรองและการผลิต

ในเปลือกโลก ธาตุเหล็กมีการกระจายอย่างกว้างขวาง - คิดเป็นประมาณ 4.1% ของมวลของเปลือกโลก (อันดับที่ 4 จากองค์ประกอบทั้งหมด 2 ในกลุ่มโลหะ) ในเสื้อคลุมและเปลือกโลก เหล็กมีความเข้มข้นเป็นส่วนใหญ่ในซิลิเกต ในขณะที่เนื้อหามีนัยสำคัญในหินพื้นฐานและอัลตราเบสิก และในหินที่เป็นกรดและปานกลาง
แร่และแร่ธาตุจำนวนมากที่มีธาตุเหล็กเป็นที่รู้จักกันดี แร่เหล็กที่มีความสำคัญทางปฏิบัติมากที่สุดคือแร่เหล็กสีแดง (เฮมาไทต์, Fe2O3; ประกอบด้วย Fe มากถึง 70%), แร่เหล็กแม่เหล็ก (แม่เหล็ก, FeFe 2 O 4, Fe 3 O 4; ประกอบด้วย 72.4% Fe), แร่เหล็กสีน้ำตาลหรือลิโมไนต์ ( goethite และ hydrogoethite, FeOOH และ FeOOH nH 2 O ตามลำดับ) เกอไทต์และไฮโดรโกเอไทต์มักพบในเปลือกโลกที่ผุกร่อน ก่อตัวเป็น "หมวกเหล็ก" ซึ่งมีความหนาหลายร้อยเมตร พวกมันยังสามารถเป็นแหล่งกำเนิดตะกอน ตกจากสารละลายคอลลอยด์ในทะเลสาบหรือบริเวณชายฝั่งทะเล ในกรณีนี้จะเกิดแร่น้ำมันหรือพืชตระกูลถั่ว พวกเขามักจะมีวิเวียนไนท์ Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O ซึ่งก่อให้เกิดผลึกยาวสีดำและมวลรวมที่แผ่รังสีรัศมี
ปริมาณธาตุเหล็กในน้ำทะเลคือ 1 10 -5 -1 10 -8%
ในอุตสาหกรรม เหล็กได้มาจากแร่เหล็ก ส่วนใหญ่มาจากเฮมาไทต์ (Fe 2 O 3) และแมกนีไทต์ (FeO·Fe 2 O 3)
มีหลายวิธีในการสกัดธาตุเหล็กจากแร่ ที่พบบ่อยที่สุดคือกระบวนการโดเมน
ขั้นตอนแรกของการผลิตคือการลดปริมาณเหล็กที่มีคาร์บอนลงในเตาหลอมที่อุณหภูมิ 2,000 °C ในเตาหลอมเหลว คาร์บอนในรูปของโค้ก แร่เหล็กในรูปของซินเตอร์หรือเม็ด และฟลักซ์ (เช่น หินปูน) จะถูกป้อนจากด้านบนและพบกับกระแสลมร้อนที่ฉีดจากด้านล่าง
นอกจากกระบวนการเตาหลอมเหล็กแล้ว กระบวนการผลิตเหล็กโดยตรงยังเป็นเรื่องปกติ ในกรณีนี้ แร่ที่บดแล้วจะผสมกับดินเหนียวพิเศษเพื่อสร้างเม็ด เม็ดถูกคั่วและผ่านกรรมวิธีในเตาเพลาด้วยผลิตภัณฑ์แปลงก๊าซมีเทนร้อนที่มีไฮโดรเจน ไฮโดรเจนจะลดธาตุเหล็กได้อย่างง่ายดายโดยไม่ทำให้เหล็กปนเปื้อนด้วยสิ่งเจือปน เช่น กำมะถันและฟอสฟอรัส ซึ่งเป็นสิ่งเจือปนทั่วไปในถ่านหิน ได้เหล็กมาในรูปของแข็ง แล้วหลอมลงในเตาไฟฟ้า เหล็กบริสุทธิ์ทางเคมีได้มาจากอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายของเกลือ

ต้นทาง

ต้นกำเนิดของเหล็กเทลลูริก (ภาคพื้นดิน) นั้นไม่ค่อยพบในลาวาบะซอลต์ (Wifaq เกาะดิสโก้ นอกชายฝั่งตะวันตกของกรีนแลนด์ ใกล้เมืองคัสเซิล ประเทศเยอรมนี) Pyrrhotite (Fe 1-x S) และ cohenite (Fe 3 C) มีความเกี่ยวข้องกับทั้งสองจุด ซึ่งอธิบายทั้งการลดคาร์บอน (รวมถึงจากหินเจ้าบ้าน) และการสลายตัวของสารเชิงซ้อนคาร์บอนิลของประเภท Fe(CO) n . ในเมล็ดพืชด้วยกล้องจุลทรรศน์ มันถูกสร้างมากกว่าหนึ่งครั้งในหิน ultrabasic ดัดแปลง (กลับกลอก) เช่นเดียวกับใน paragenesis กับ pyrrhotite บางครั้งมีแมกนีไทต์ เนื่องจากมันเกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยารีดักชัน มันหายากมากในเขตออกซิเดชันของแร่ระหว่างการก่อตัวของแร่หนองบึง การค้นพบหินตะกอนที่เกี่ยวข้องกับการลดลงของสารประกอบเหล็กโดยไฮโดรเจนและไฮโดรคาร์บอนได้รับการลงทะเบียนแล้ว
พบธาตุเหล็กเกือบบริสุทธิ์ในดินบนดวงจันทร์ ซึ่งสัมพันธ์กับการตกของอุกกาบาตและกระบวนการแมกมาติก ในที่สุด อุกกาบาตสองประเภท เหล็กหินและเหล็ก มีโลหะผสมเหล็กตามธรรมชาติเป็นส่วนประกอบในการขึ้นรูปหิน

แอปพลิเคชัน

เหล็กเป็นโลหะที่ใช้กันมากที่สุดชนิดหนึ่ง โดยคิดเป็นสัดส่วนถึง 95% ของการผลิตทางโลหะวิทยาของโลก
เหล็กเป็นส่วนประกอบหลักของเหล็กและเหล็กหล่อ ซึ่งเป็นวัสดุโครงสร้างที่สำคัญที่สุด
เหล็กสามารถเป็นส่วนหนึ่งของโลหะผสมที่มีพื้นฐานมาจากโลหะอื่นๆ เช่น นิกเกิล
เหล็กออกไซด์แม่เหล็ก (แม่เหล็ก) เป็นวัสดุสำคัญในการผลิตอุปกรณ์หน่วยความจำคอมพิวเตอร์ระยะยาว: ฮาร์ดไดรฟ์ ฟลอปปีดิสก์ ฯลฯ
ผงแมกนีไทต์ชนิด Ultrafine ใช้ในเครื่องพิมพ์เลเซอร์ขาวดำจำนวนมากที่ผสมกับเม็ดพอลิเมอร์เป็นผงหมึก ใช้ทั้งสีดำของแมกนีไทต์และความสามารถในการยึดติดกับลูกกลิ้งถ่ายโอนแบบแม่เหล็ก
คุณสมบัติพิเศษของเฟอร์โรแมกเนติกของโลหะผสมที่มีธาตุเหล็กเป็นส่วนประกอบหลักมีส่วนช่วยให้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิศวกรรมไฟฟ้าสำหรับวงจรแม่เหล็กของหม้อแปลงและมอเตอร์ไฟฟ้า
เหล็ก (III) คลอไรด์ (เฟอริกคลอไรด์) ใช้ในการฝึกวิทยุสมัครเล่นสำหรับการแกะสลักแผงวงจรพิมพ์
เฟอร์รัสซัลเฟต (ไอรอนซัลเฟต) ผสมกับคอปเปอร์ซัลเฟตใช้เพื่อควบคุมเชื้อราที่เป็นอันตรายในสวนและการก่อสร้าง
เหล็กใช้เป็นแอโนดในแบตเตอรี่เหล็ก-นิกเกิล แบตเตอรี่ไอรอน-แอร์
สารละลายน้ำของคลอไรด์ของเหล็กไดวาเลนต์และเฟอริกรวมถึงซัลเฟตถูกใช้เป็นสารตกตะกอนในการทำให้บริสุทธิ์ของน้ำธรรมชาติและน้ำเสียในการบำบัดน้ำของผู้ประกอบการอุตสาหกรรม

เหล็ก (อังกฤษเหล็ก) - Fe

การจำแนกประเภท

เฮ้ CIM Ref1.57

สตรันซ์ (รุ่นที่ 8)	1/A.07-10
นิกเกิล-สตรูนซ์ (รุ่นที่ 10)	1.AE.05
ดาน่า (ฉบับที่ 7)	1.1.17.1