Kim loại Profile: sắt Thuộc tính và đặc điểm

Việc sử dụng sắt của con người xảy ra khoảng 5000 năm. Đây là thành phần kim loại dồi dào thứ hai trong lớp vỏ trái đất và chủ yếu được sử dụng để sản xuất thép, một trong những vật liệu cấu trúc quan trọng nhất trên thế giới.

Tài sản

• Ký hiệu nguyên tử: Fe
• Số nguyên tử: 26
• Loại nguyên tố: Chuyển đổi Kim loại
• Mật độ: 7. 874g / cm ³
• Điểm nóng chảy: 2800 ° F 1538 ° C)
• Điểm sôi: 5182 ° F (2862 ° C)
• Độ cứng của Moh: 4

Đặc điểm

Sắt nguyên chất là kim loại màu bạc mang lại nhiệt và điện tốt.

Sắt phản ứng quá mức để tồn tại một mình nên nó chỉ xảy ra tự nhiên trong lớp vỏ trái đất như quặng sắt, như hematit, magnetit và siderit.

Một trong những đặc điểm nhận dạng của sắt là nó có tính từ mạnh. Tiếp xúc với một từ trường mạnh, bất kỳ phần sắt nào cũng có thể được từ hóa. Các nhà khoa học tin rằng cốt lõi của trái đất được tạo thành khoảng 90% sắt. Lực từ tạo ra bởi chất sắt này là những gì tạo ra cực từ Bắc và Nam.

Lịch sử

Sắt dường như đã được phát hiện và chiết xuất từ ​​việc đốt gỗ trên các quặng chứa sắt. Carbon trong gỗ sẽ phản ứng với oxy trong quặng, để lại một kim loại sắt dễ uốn. Việc luyện kim sắt và việc sử dụng sắt để chế tạo các dụng cụ và vũ khí bắt đầu ở Mesopotamia (hiện nay là Irac) trong khoảng 2700-3000 TCN. Trong những năm 2000 sau đó, kiến ​​thức nấu chảy sắt đã lan rộng về phía đông sang châu Âu và châu Phi trong thời kỳ được gọi là thời kỳ đồ sắt.

Từ thế kỷ 17, cho đến khi một phương pháp hiệu quả để sản xuất thép đã được phát hiện vào giữa thế kỷ 19, sắt ngày càng được sử dụng như là một vật liệu cấu trúc để làm cho tàu, cầu, và các tòa nhà. Tháp Eiffel, được xây dựng vào năm 1889, được sử dụng hơn 7 triệu kg sắt.

Rust

Đặc điểm phiền hà nhất của sắt là xu hướng hình thành rỉ sét.

Rust (hoặc oxit sắt) là một hợp chất nâu, xốp được tạo ra khi sắt tiếp xúc với oxy. Khí oxy chứa trong nước làm tăng quá trình ăn mòn. Tỷ lệ gỉ sắt nhanh như sắt chuyển thành oxit sắt - được xác định bởi hàm lượng oxy trong nước và diện tích bề mặt của sắt. Nước muối có chứa oxy nhiều hơn nước ngọt, đó là lý do tại sao nước muối gỉ sắt nhanh hơn nước ngọt.

Rust có thể được ngăn ngừa bằng cách phủ sắt bằng các kim loại khác hấp dẫn oxy hơn về hoá học, như kẽm (quá trình phủ sắt bằng kẽm được gọi là 'mạ kẽm'). Tuy nhiên, phương pháp hiệu quả nhất để bảo vệ chống gỉ là sử dụng thép.

Thép

Thép là hợp kim sắt và các kim loại khác, được sử dụng để tăng cường tính chất (sức mạnh, chống ăn mòn, khoan dung nhiệt vv) của sắt. Thay đổi loại và lượng của các nguyên tố hợp kim với sắt có thể tạo ra các loại thép khác nhau.

Các loại thép phổ biến nhất là:

Thép cacbon, có chứa từ 0,5-1. 5% carbon. Đây là loại thép phổ biến nhất và được sử dụng cho thân xe ô tô, vỏ tàu, dao, máy móc và tất cả các loại cấu kiện hỗ trợ.

Thép hợp kim thấp, chứa từ 1-5% kim loại khác (thường là niken hoặc vonfram). Thép niken có khả năng chống căng thẳng cao và do đó thường được sử dụng trong việc xây dựng các cây cầu và làm dây chuyền xe đạp. Các loại thép Tungsten giữ được hình dạng và sức mạnh trong môi trường nhiệt độ cao và được sử dụng trong các ứng dụng quay, ứng dụng quay, chẳng hạn như các mũi khoan.

1. Thép hợp kim cao, chứa 12-18% kim loại khác chỉ được sử dụng trong các ứng dụng đặc biệt do chi phí cao. Một ví dụ về thép hợp kim cao là thép không gỉ, thường có chứa crom và niken, nhưng có thể được hợp kim với các kim loại khác. Thép không gỉ rất mạnh và có độ bền cao đối với sự ăn mòn.
2. Sản xuất
3. Hầu hết sắt được sản xuất từ ​​các loại quặng được tìm thấy gần bề mặt trái đất. Các kỹ thuật khai thác hiện đại sử dụng lò cao, được đặc trưng bởi các ngăn xếp cao (cấu trúc ống khói). Sắt được đổ vào ngăn xếp cùng than cốc (than giàu cacbon) và đá vôi (canxi cacbonat). Ngày nay, quặng sắt thường đi qua một quá trình thiêu kết trước khi vào ngăn xếp. Quá trình này tạo thành các mảnh quặng từ 10-25mm, sau đó được trộn với than cốc và đá vôi.

Quặng thiêu kết, than cốc và đá vôi sau đó được đổ vào ngăn xếp nơi cháy ở nhiệt độ 1800 ° C. Coke bị bỏng như một nguồn nhiệt, cùng với oxy được bắn vào lò, giúp tạo ra khí carbon monoxide giảm. Các đá vôi trộn với các tạp chất trong sắt để tạo thành xỉ. Xỉ là nhẹ hơn quặng sắt nóng chảy, do đó, nó tăng lên bề mặt và có thể dễ dàng được gỡ bỏ. Gang nóng sau đó được đổ vào khuôn để sản xuất gang hoặc chuẩn bị trực tiếp cho sản xuất thép.

Gang lợn vẫn chứa từ 3 đến 5-4. 5% carbon, cùng với các tạp chất khác, và là giòn và khó làm việc. Nhiều quy trình được sử dụng để giảm các tạp chất phốt pho và lưu huỳnh trong gang để sản xuất gang. Rèn có ít hơn 0% carbon 25%, cứng, dẻo và dễ hàn, nhưng tốn kém hơn nhiều so với thép carbon thấp.

Năm 2010, sản lượng quặng sắt toàn cầu khoảng 2,4 tỷ tấn. Trung Quốc, nhà sản xuất lớn nhất, chiếm khoảng 37,5% tổng sản lượng, trong khi các nước sản xuất chính khác bao gồm Úc, Brazil, Ấn Độ và Nga.

Ứng dụng

Sắt đã từng là vật liệu cấu trúc chính, nhưng từ lâu nó đã được thay thế bằng thép trong hầu hết các ứng dụng. Tuy nhiên, sắt đúc vẫn còn được sử dụng trong đường ống và để làm cho các bộ phận ô tô, chẳng hạn như đầu xi lanh, khối xi lanh và hộp hộp. Rèn vẫn được sử dụng để sản xuất các mặt hàng trang trí nhà, chẳng hạn như kệ rượu, nến góc và thanh rèm.

Tài liệu tham khảo

Street, Arthur. & Alexander, W. O. 1944.

Kim loại trong Dịch vụ của Con người

. Phiên bản thứ 11 (1998). Hiệp hội Sắt cừu Quốc tế. Nguồn: www. pigiron. org. uk
USGS. Tóm tắt hàng hóa khoáng sản: Sắt và Thép (2011).
Nguồn: // minerals. usgs. gov / khoáng sản / quán rượu / hàng hóa / sắt _ & _ thép