Železo Fe
Nahajanje:v magnetitu Fe3O4, hematitu Fe2O3, limonitu Fe3O4 . xH2O,sideritu FeCO3.
Pridobivanje čistega železa: čistega ne pridobivajo v velikih količinah, ker je železo dobro topilo za številne druge kovine in nekovine, najbolj znana postopka sta redukcija z aluminijem ali vodikom in razkroj železovega pentakarbonila Fe(CO)5.
Pridobivanje surovega železa:pridobivajo ga z redukcijo oksidnih rud s koksom v visokih pečeh(plavžih).V plavž se izmenično nasujejo sloji koksa in rude, ki jih predhodno pripravijo z drobljenjem in sejanjem na enakomerno velikost. Da vežejo prašne delce in izboljšajo prehod plinov v nasutju, rudo še sintrajo in peletirajo.Pri sintranju dodajo rudi še dodatke, ki tvorijo v procesu visoke peči z jalovino lahko taljive kalcij-aluminijeve silikate, žlindro.Če vsebuje jalovina Al2O3 in SiO2 se doda CaO(apnenec, dolomit), obratno pa se doda pri CaO vsebujoči jalovini Al2O3 in SiO2 (glinenec, plastni silikati).
Visoka peč: doseže višino ca. 50 m, ima premer ca. 10 m. Stene so iz ognjeodporne kamenine, obdane z jeklenim plaščem. Hlajenje se vrši z vodo, moderne visoke peči dajo dnevno več kot 10000 ton surovega železa, njena obratovalna doba je poprečno 10 let, v kateri je nikoli ne ustavijo. Če se to zgodi, jo morajo porušiti in v celoti na novo postaviti. V njej potekajo naslednje značilne reakcije:
C + O2 ® CO2 DH° = -394 kJ/mol
CO2 + C ® 2 CO DH° = +173 kJ/mol
FeO + CO ® Fe + CO2 DH° = -17 kJ/mol
Primer materialne bilance visoke peči, v tonah:
| Vložek | Oddajanje | ||
| ruda(peleti) | 15800 | 11000 | surovo žeelzo |
| dodatki | 2300 | 3500 | žlindra |
| Koks | 5000 | 23500 | grodeljni plin, prah |
| vroči zrak | 15000 | 96000 | segreta hladilna voda |
| hladilna voda | 96000 | ||
Tekoče surovo železo in tekoča jalovina se izpustita od časa do časa z prebitjem. Stranski produkti so žlindra in grodeljni plin.Žlindra se uporablja kot material za ceste ali za izdelavo cementa, grodeljni plin pa se uporabi za segretje zraka, ki ga vodijo v visoko peč ali koksno peč.
Pridobivanje jekla:
Dobljeno surovo železo vsebuje 3,5 - 4,5 % C, zaradi tega se pri segrevanju takoj zmehča. Da bi ga prevedli v material, ki bi ga lahko oblikovali, torej v jeklo. morajo znižati vsebnost ogljika, ki je v jeklu običajno manjši kot 1 %. jekla so torej zlitine Fe – C, ki vsebuejo manj kot 1% C. Da naredijo iz surovega železa jekla, morajo poleg tega zmanjšati še moteče spremljajo če elemente P, S, Si, O2 in Mn.To se zgodi na več načinov s postopki žilavanja: Siemens-Martinove peči, konverterski postopek žilavanja, postopek žilavanja v elektroobločni peči. Jekla delimo na nelegirana(razen železa in ogljika imajo le majhne količine drugih elementov, delimo jih na nizkoogljična jekla- pod 0,8% ogljika in na visokoogljična jekla- nad 0,8% ogljika) in legirana jekla, ki vsebujejo večje količine enega ali več zlitinskih dodatkov,kot so krom, nikelj, vanadij, molibden, volfram.
| krom izboljša trdoto in toplotno obstojnost | ||||||
| nikelj in vanadij zvišata žilavost | ||||||
| molibden zviša toplotno obstojnost, volfram
pa trdoto
Legirana jekla delimo na nizkolegirana(do 5% legirnih elementov) in visokolegirana jekla(nad 5% legirnih elementov).
Lastnosti:je srebrno bela, žilava kovina, ki se zmehča pri temperaturi rdečega žara, v tem stanju jo lahko kujemo, valjamo in varimo. Na vlažnem zraku rjavi, plast je porozna, zato ne ščiti železa pred nadaljno oksidacijo. Železo je precej nežlahtno, saj daje s kislinami soli železa(II). V koncentrirani dušikovi(V)kislini pasivira, šele pri segrevanju se močno raztaplja, nastaja železov(III) nitrat(V) Fe(NO3)3 in plin NO2. V hladnih lugih je železo obstojno, v vrelih konce triranih lugih pa se tvori plast oksida, kar imenujemo črno barvanje železa ali bruniranje.Železo je pod 768 C feromagnetno.
Uporaba: Čisto železo:ima tehnično omejeno uporabo. Surovo železo ali grodelj : vsebuje več kot 2% ogljika,ločimo sivi in beli grodelj.Sivi je dobro liven in ga predelujejo v litine(siva litina-razni strojni deli, bela litina-krogle za mline, valji za valjanje kovin, kolesa pri žerjavih, nodularna litina-rotorji, črpalke, temprana litina-matice in krilni vijaki, spojke, deli sklopk, batni obročki),beli grodelj pa predelujejo v jeklo. Jeklo: za konstrukcijska jekla(jeklene konstrukcije, jeklene vrvi, vijaki, za parne kotle, betonsko jeklo, za železnice, za ladjedelništvo) in za orodna jekla( ogljikova orodna jekla, legirana orodna jekla za delo v hladnem in za delo v vročem, nerjavna orodna jekla, hitrorezna jekla).
Spojine železa: Železov(III)oksid Fe2O3: v naravi je kot rdeči ali rjavi železovec ali hematit. Uporaba za termitsko varjenje, kot polirno sredstvo za jeklo in steklo, kot barvilo, g-modifikacija v magnetnih trakovih. Železov pentakarbonil Fe(CO)5: rumena oljnata tekočina, pri segrevanju v odsotnosti zraka razpade v železo in CO. Največ ga uporabijo za pridobivanje čistega železa in za pridobivanje rdečega pigmenta Fe2O3. Kalijev heksacianoferat(II) K4[Fe(CN)6] . 3 H2O, je v obliki rumenih vodotopnih kristalov, uporaba za berlinsko barvilo in za izdelavo kalijevega heksacianoferata(III). Kalijev heksacianoferat(III) K4[Fe(CN)6] . 3 H2O, je v obliki rdečih kristalov,z vodo dajo rumeno zeleno raztopino, uporaba v barvni fotografiji(kot belilna sol) in v črno beli fotografiji(kot slabilec). Železov(II) sulfat(VI) FeSO4: z vodo tvori kristalohidrat,FeSO4 7 H2O, zelena galica, uporaba za izdelovanje črnila, farmacevtskih železovih preparatov, za berlinsko modrilo, za izdelavo železovega(III)oksida za magnetne trakove. Železov(III)klorid FeCl3: je rumena higroskopna trdna snov, z vodo tvori FeCl3 . 6 H2O, uporaba za jedkanje bakra v reprodukcijski tehniki.
Pripomočki: alufolija, cvetlični lonček Kemikalije: rdeči železov oksid, aluminijev zdrob, aluminijev in magnezijev prah Postopek: skupaj zmešamo 15 g rdečega železovega oksida, 5 g aluminijevega zdroba in 0, 5 g aluminijevega prahu. Vse vsujemo v tulec(iz alufolije), ki stoji v lončku napoljnjenem s peskom.Na zmes damo malo magnezijevega prahu in prižgemo z magnezijevim trakom. Opažanja: močna reakcija z zelo svetlim plamenom, po ohladitvi lahko dokažemo nastalo železo z magnetom. Odstranjevanje odpadkov: aluminijev in magnezijev prah Opomba: preizkus se izvede zunaj,uporaba zaščitnih očal in zaščitnih rokavic,na ognjeodporni podlagi(peščena kopel).
| ||||||
