Metaal profiel: ijzer eigenschappen en eigenschappen

Het gebruik van ijzer door mensen dateert ongeveer 5000 jaar. Het is het tweede meest voorkomende metaalelement in de aardkorst en wordt voornamelijk gebruikt om staal te produceren, een van de belangrijkste structurele materialen ter wereld.

Eigenschappen

• Atoombeeld: Fe
• Atoomgetal: 26
• Element Categorie: Overgangsmetaal
• Dichtheid: 7. 874g / cm ³
• Smeltpunt: 2800 ° F 1538 ° C)
• Kookpunt: 5182 ° F (2862 ° C)
• Moh's Hardheid: 4

Kenmerken

Puur ijzer is een zilverkleurig metaal dat warmte en elektriciteit goed uitvoert.

Ijzer is te reactief om alleen te bestaan, zodat het alleen voorkomt in de aardkorst als ijzererts, zoals hematiet, magnetiet en sideriet.

Een van de kenmerken van ijzer is dat het sterk magnetisch is. Exposed aan een sterk magnetisch veld, kan ieder stuk ijzer worden gemagnetiseerd. Wetenschappers geloven dat de kern van de aarde bestaat uit ongeveer 90% ijzer. De magnetische kracht die door dit ijzer wordt geproduceerd, is wat de magnetische Noord- en Zuidpolen creëert.

Geschiedenis

Ironisch werd oorspronkelijk ontdekt en geëxtraheerd door houtverbranding boven ijzerhoudende ertsen. De koolstof in het hout zou hebben gereageerd met de zuurstof in de erts, waardoor een zacht, smeerbaar ijzer metaal zou kunnen worden. Het smelten van ijzer en het gebruik van ijzer om gereedschap en wapens te maken begon tussen 2700 en 3000 voor Christus in Mesopotamië (hedendaagse Irak). In de loop van de volgende 2000 jaar verspreidde de ijzermelkkennis oost naar Europa en Afrika in een periode die bekend staat als de ijzertijd.

In het midden van de 19e eeuw ontstond ijzer steeds meer als een bouwmateriaal om schepen, bruggen en gebouwen te maken tot een efficiënte methode om staal te produceren. De Eiffeltoren, gebouwd in 1889, werd gemaakt met meer dan 7 miljoen kilo smeedijzer.

Roest

Het meest lastige kenmerk van Iron is de neiging om roest te vormen.

Roest (of ferrioxide) is een bruine, kruimelige verbinding die wordt geproduceerd als ijzer aan zuurstof blootgesteld wordt. Het zuurstofgas dat in water zit, versnelt het corrosieproces. De snelheid van roest - hoe snel ijzer verandert in ferrioxide - wordt bepaald door het zuurstofgehalte van het water en het oppervlak van het ijzer. Zout water bevat meer zuurstof dan zoet water, daarom roest het zoutwater ijzer sneller dan zoet water.

Rust kan voorkomen worden door ijzer te bekleden met andere metalen die chemisch aantrekkelijker zijn voor zuurstof, zoals zink (het proces van het ijzerbekleed met zink wordt 'galvaniseren' genoemd). De meest effectieve methode om roest te beschermen is echter het gebruik van staal.

Staal

Staal is een legering van ijzer en diverse andere metalen, die gebruikt worden om de eigenschappen te verbeteren (sterkte, corrosiebestendigheid, warmteverdragen, enz.) van ijzer. Het wijzigen van het type en de hoeveelheid van de elementen die met ijzer gelegeerd zijn, kunnen verschillende soorten staal produceren.

De meest voorkomende stalen zijn:

1. Koolstofstaal, die tussen 0. 5-1 bevatten. 5% koolstof. Dit zijn de meest voorkomende stalen en worden gebruikt voor auto-lichamen, schepen, messen, machines en alle soorten structurele steunen.
2. Laaglegeringstaal, die tussen 1-5% andere metalen bevat (vaak nikkel of wolfraam). Nikkelstaal kan hoge spanningssterkte weerstaan ​​en wordt dus vaak gebruikt in de bouw van bruggen en voor het maken van fietsketens. Tungstenstaal behouden hun vorm en kracht in hoge temperatuuromgevingen en worden gebruikt in impact-, roterende toepassingen, zoals boorpunten.
3. Staallegeringen, die 12-18% andere metalen bevatten, worden alleen gebruikt in speciale toepassingen door hun hoge kosten. Een voorbeeld van een hooglegerend staal is roestvrij staal, dat vaak chroom en nikkel bevat, maar ook met diverse andere metalen kan worden gelegeerd. Roestvrij staal is zeer sterk en zeer bestand tegen corrosie.

Productie

Het meeste ijzer wordt geproduceerd uit ertsen die dichtbij het aardoppervlak zijn gevonden. Moderne winningstechnieken gebruiken hoogovens, die gekenmerkt worden door hun lange stapels (schoorsteenachtige structuren). Het ijzer wordt in de stapels gegoten, samen met cola (koolstofrijke kool) en kalksteen (calciumcarbonaat). Tegenwoordig gaat het ijzererts doorgaans door een sintingsproces voordat de stapel binnenkomt. Dit proces vormt stukken erts die tussen 10-25 mm zijn, die vervolgens worden gemengd met cola en kalksteen.

De gesinterde erts, cola en kalksteen worden dan gegoten in de stapel waar brandt bij temperaturen van 1800 ° C. Coke brandt als een bron van warmte en, samen met zuurstof die in de oven wordt geschoten, helpt het reducerende koolstofmonoxide te vormen. De kalksteen mengt met onzuiverheden in het ijzer om slakken te vormen. Slag is lichter dan gesmolten ijzererts, dus het stijgt naar het oppervlak en kan gemakkelijk verwijderd worden. Het hete ijzer wordt vervolgens gegoten in matrijzen om roestijzer te produceren of rechtstreeks bereid voor staalproductie.

Varkenstaart bevat nog steeds tussen 3. 5-4. 5% koolstof, samen met andere onzuiverheden, en is bros en moeilijk om mee te werken. Er worden verschillende processen gebruikt om de fosfor- en zwavelverontreinigingen in het ijzerijzer te verminderen om gietijzer te produceren. Smeedijzer, die minder dan 0. 25% koolstof bevat, is hard, smeebaar en gemakkelijk gelast, maar is veel moeizamer en kostbaar om te produceren dan koolstofstaal.

In 2010 was de wereldwijde productie van ijzererts ongeveer 2,4 miljard ton. China, de grootste producent, stond voor ongeveer 37. 5% van alle productie, terwijl andere belangrijke producerende landen Australië, Brazilië, India en Rusland omvatten.

Toepassingen

Ijzer was ooit het belangrijkste structurele materiaal, maar is in de meeste toepassingen al lang vervangen door staal. Niettemin wordt gietijzer nog steeds in pijpen gebruikt en auto onderdelen gemaakt, zoals cilinderkoppen, cilinderblokken en versnellingsbakken. Smeedijzer wordt nog steeds gebruikt om huishoudelijke artikelen te produceren, zoals wijnrekken, kandelaars en gordijnstaven.

Referenties

Straat, Arthur. & Alexander, W. O. 1944. Metalen in de Dienst van de Mens . 11e editie (1998).
De International Pig Iron Association.
Bron: www. ruwijzer. org. uk
USGS. Minerale grondstoffenopvattingen: ijzer en staal (2011).
Bron: // mineralen. USGS. gov / mineralen / pubs / product / ijzer _ & _ staal