Способы получения железа и его соединений. Физические и химические свойства железа
Фероксидные катализаторы для малинового пороха, воспламенительного состава, крамельного топлива.
Способ 1. Получение окиси железа Fe 2 O 3 из железного купороса
Окислы железа, очень часто применяются как катализаторы в пиротехнических соединениях. Раньше их можно было приобрести в магазинах. Например, моногидрат окиси железа FeOOH встречался как краситель "пигмент жёлтый железоокисный". Окись железа Fe 2 O 3 продавалась в виде железного сурика. В настоящее время купить все это, как выяснилось, непросто. Пришлось озаботиться получением в домашних условиях. Химик из меня никакой, но жизнь заставила. Изучил рекомендации в сети. Увы, нормального, т.е. простого и безопасного, рецепта для домашних условий найти оказалось непросто. Только один рецепт, выглядел вполне подходящим, но найти его повторно мне не удалось. Список допустимых компонентов в голове отложился. Решил действовать по собственной методе. Как ни странно, результат оказался очень даже приемлемым. Соединение получилось с явными признаками окиси железа очень однородное и мелкодисперсное. Использование его в малиновом порохе и вторичном воспламенителе полностью подтвердило, что получено то, что надо.
Итак, покупаем в садоводческом магазине железный купорос FeSO 4
, в аптеке приобретаем
таблетки гидроперита
, упаковки три, и запасаемся на кухне питьевой содой NaHCO 3
.
Все компоненты есть, начинаем приготовление. Вместо таблеток гидроперита можно воспользоваться раствором
перикиси водорода Н 2 0 2
, тоже бывает в аптеках.
В стеклянной посуде объемом 0,5 литра растворяем в горячей воде около 80г (треть пачки) железного купороса. Небольшими порциями добавляем питьевой соды при помешивании. Образуется какая-то дрянь весьма противного цвета, которая сильно пенится.
FeSO 4 +2NaHCO 3 =FeCO 3 +Na 2 SO 4 +H 2 O+CO 2
Поэтому делать все надо в раковине. Добавляем соду до тех пор, пока вспенивание практически не прекратится. Слегка отстояв смесь, начинаем потихоньку засыпать измельченные таблетки гидроперита. Реакция опять происходит довольно живо с образованием пены. Смесь приобретает характерный цвет и появляется знакомый запах ржавчины.
2FeCO 3 +H 2 O 2 =2FeOOH+2CO 2
Продолжаем засыпку гидроперита опять-таки до практически полного прекращения вспенивания, то есть реакции.
Оставляем наш химический сосуд в покое и видим, как выпадает рыжий осадок - это наша окись, точнее моногидрат окиси FeOOH, или гидроксид. Осталось нейтрализовать соединение. Отстаиваем осадок и сливаем лишнюю жидкость. Затем доливаем чистой воды, отстаиваем и опять сливаем. Так повторяем раза 3-4. В конце концов, вываливаем осадок на бумажную салфетку и высушиваем. Полученный порошок является прекрасным катализатором и его уже можно использовать при изготовлении стопинов и вторичного воспламенительного состава , "малинового" пороха и для катализирования карамельных ракетных топлив. /25.01.2008, kia-soft/
Однако в оригинальном рецепте "малинового" пороха прописано применение чистой красной окиси Fe 2 O 3 . Как показали эксперименты с катализацией карамели , Fe 2 O 3 действительно несколько более активный катализатор, чем FeOOH. Для получения окиси трехвалентного железа достаточно прокалить полученный гидроксид на раскаленном железном листе, или просто в консервной банке. В результате образуется красный порошок Fe 2 O 3 .
После изготовления муфельной печки , прокаливание произвожу в ней 1-1,5 часа при температуре 300-350°C. Очень удобно. /kia-soft 06.12.2007/
P.S.
Независимые исследования ракетчика vega показали, что полученный по этому методу
катализатор обладает повышенной активностью по сравнению с промышленными фероксидами, что особенно заметно в
сахарном карамельном топливе, получаемом методом выпаривания.
Способ 2. Получение окиси железа Fe 2 O 3 из хлорного железа
Сведения о такой возможности есть в сети, например, на форуме
болгарских ракетчиков
получали оксид с помощью бикарбоната, на
форуме химиков
упоминали этот способ,
но особого внимания я не обращал, поскольку хлорного железа у меня не было.
Недавно мне этот вариант напомнил гость моего сайта RubberBigPepper. Очень вовремя, поскольку я активно занялся
электроникой и закупился хлоридом. Решил протестировать и этот вариант получения гидроксида железа.
Способ в финансовом плане несколько затратнее, и
основной компонент хлорное железо труднее достать, однако в плане приготовления проще.
Итак, нам нужно хлорное железо FeCl 3 и питьевая сода NaHCO 3 . Хлорное железо обычно применяется для травления печатных плат и продается в радиомагазинах.
Заливаем две чайные ложки порошка FeCl3 стаканом горячей воды и размешиваем до растворения. Теперь потихоньку подсыпаем соду при постоянном помешивании. Реакция протекает живо с пузырением и вспениванием, поэтому спешить не надо.
FeCl 3 +3NaHCO 3 =FeOOH+3NaCl+3CO 2 +H 2 O
Сыпем до тех пор, пока пузырение не прекратится. Отстаиваем и получаем в осадке тот же гидроксид FeOOH . Далее нейтрализуем соединение, как в первом способе, путем нескольких сливов раствора, доливов воды и отстаиваний. Наконец, осадок высушиваем и используем в качестве катализатора или для получения окиси железа Fe 2 O 3 путем прокаливания (см.в способе 1).
Вот такой несложный способ. Выход очень неплохой, из двух чайных ложек (~15г) хлорида получается 10г гидроксида. Катализаторы, полученные данным методом, проверены , они вполне соответствуют. /kia-soft 11.03.2010/
P.S.
За стопроцентную достоверность уравнений химических реакций гарантировать не могу,
однако по сути они соответствуют проходящим химическим процессам. Особенно темное дело с гидроксидом Fe(III).
По всем канонам в осадок должен выпадать Fe(OH) 3 . Но в присутствии перикиси (способ 1) и при
повышенной температуре (способ 2), по-идее, происходит дегидратация тригидроксида до моногидрата FeOOH.
По внешним признакам так оно и происходит. Получаемый порошок гидроксида по виду конкретная ржавчина,
а основной компонент ржавчины именно FeOOH.
***
Желе́зо - элемент побочной подгруппы восьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 26. Обозначается символом Fe (лат. Ferrum). Один из самых распространённых в земной коре металлов (второе место после алюминия). Металл средней активности, восстановитель.
Основные степени окисления — +2, +3
Простое вещество железо - ковкий металл серебристо-белого цвета с высокой химической реакционной способностью: железо быстро корродирует при высоких температурах или при высокой влажности на воздухе. В чистом кислороде железо горит, а в мелкодисперсном состоянии самовозгорается и на воздухе.
Химические свойства простого вещества — железа:
Ржавление и горение в кислороде
1) На воздухе железо легко окисляется в присутствии влаги (ржавление):
4Fe + 3O 2 + 6H 2 O → 4Fe(OH) 3
Накалённая железная проволока горит в кислороде, образуя окалину — оксид железа (II, III):
3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4
3Fe+2O 2 →(Fe II Fe 2 III)O 4 (160 °С)
2) При высокой температуре (700–900°C) железо реагирует с парами воды:
3Fe + 4H 2 O – t° → Fe 3 O 4 + 4H 2
3) Железо реагирует с неметаллами при нагревании:
2Fe+3Cl 2 →2FeCl 3 (200 °С)
Fe + S – t° → FeS (600 °С)
Fe+2S → Fe +2 (S 2 -1) (700°С)
4) В ряду напряжений стоит левее водорода, реагирует с разбавленными кислотами НСl и Н 2 SO 4 , при этом образуются соли железа(II) и выделяется водород:
Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (реакции проводятся без доступа воздуха, иначе Fe +2 постепенно переводится кислородом в Fe +3)
Fe + H 2 SO 4 (разб.) → FeSO 4 + H 2
В концентрированных кислотах–окислителях железо растворяется только при нагревании, оно сразу переходит в катион Fе 3+ :
2Fe + 6H 2 SO 4 (конц.) – t° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O
Fe + 6HNO 3 (конц.) – t° → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O
(на холоде концентрированные азотная и серная кислоты пассивируют
Железный гвоздь, погруженный в голубоватый раствор медного купороса, постепенно покрывается налетом красной металлической меди
5) Железо вытесняет металлы, стоящие правее его в из растворов их солей.
Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu
Амфотерность железа проявляется только в концентрированных щелочах при кипячении:
Fе + 2NaОН (50 %) + 2Н 2 O= Nа 2 ↓+ Н 2
и образуется осадок тетрагидроксоферрата(II) натрия.
Техническое железо - сплавы железа с углеродом: чугун содержит 2,06-6,67 % С, сталь 0,02-2,06 % С, часто присутствуют другие естественные примеси (S, Р, Si) и вводимые искусственно специальные добавки (Мn, Ni, Сr), что придает сплавам железа технически полезные свойства — твердость, термическую и коррозионную стойкость, ковкость и др.
Доменный процесс производства чугуна
Доменный процесс производства чугуна составляют следующие стадии:
а) подготовка (обжиг) сульфидных и карбонатных руд - перевод в оксидную руду:
FeS 2 →Fe 2 O 3 (O 2 ,800°С, -SO 2) FeCO 3 →Fe 2 O 3 (O 2 ,500-600°С, -CO 2)
б) сжигание кокса при горячем дутье:
С (кокс) + O 2 (воздух) →СO 2 (600-700°С) СO 2 + С (кокс) ⇌ 2СО (700-1000 °С)
в) восстановление оксидной руды угарным газом СО последовательно:
Fe 2 O 3 →(CO) (Fe II Fe 2 III)O 4 →(CO) FeO→(CO) Fe
г) науглероживание железа (до 6,67 % С) и расплавление чугуна:
Fе (т) →(C (кокс) 900-1200°С) Fе (ж) (чугун, t пл 1145°С)
В чугуне всегда в виде зерен присутствуют цементит Fe 2 С и графит.
Производство стали
Передел чугуна в сталь проводится в специальных печах (конвертерных, мартеновских, электрических), отличающихся способом обогрева; температура процесса 1700-2000 °С. Продувание воздуха, обогащенного кислородом, приводит к выгоранию из чугуна избыточного углерода, а также серы, фосфора и кремния в виде оксидов. При этом оксиды либо улавливаются в виде отходящих газов (СО 2 , SО 2), либо связываются в легко отделяемый шлак — смесь Са 3 (РO 4) 2 и СаSiO 3 . Для получения специальных сталей в печь вводят легирующие добавки других металлов.
Получение чистого железа в промышленности — электролиз раствора солей железа, например:
FеСl 2 → Fе↓ + Сl 2 (90°С) (электролиз)
(существуют и другие специальные методы, в том числе восстановление оксидов железа водородом).
Чистое железо применяется в производстве специальных сплавов, при изготовлении сердечников электромагнитов и трансформаторов, чугун — в производстве литья и стали, сталь - как конструкционный и инструментальный материалы, в том числе износо-, жаро- и коррозионно-стойкие.
Оксид железа(II) F еО . Амфотерный оксид с большим преобладанием основных свойств. Черный, имеет ионное строение Fе 2+ O 2- . При нагревании вначале разлагается, затем образуется вновь. Не образуется при сгорании железа на воздухе. Не реагирует с водой. Разлагается кислотами, сплавляется со щелочами. Медленно окисляется во влажном воздухе. Восстанавливается водородом, коксом. Участвует в доменном процессе выплавки чугуна. Применяется как компонент керамики и минеральных красок. Уравнения важнейших реакций:
4FеО ⇌(Fe II Fe 2 III) + Fе (560-700 °С, 900-1000°С)
FеО + 2НС1 (разб.) = FеС1 2 + Н 2 O
FеО + 4НNO 3 (конц.) = Fе(NO 3) 3 +NO 2 + 2Н 2 O
FеО + 4NаОН =2Н 2 O + N а 4 F е O 3(красн .) триоксоферрат(II) (400-500 °С)
FеО + Н 2 =Н 2 O + Fе (особо чистое) (350°С)
FеО + С (кокс) = Fе + СО (выше 1000 °С)
FеО + СО = Fе + СO 2 (900°С)
4FеО + 2Н 2 O (влага) + O 2 (воздух) →4FеО(ОН) (t)
6FеО + O 2 = 2(Fe II Fe 2 III)O 4 (300-500°С)
Получение в лаборатории : термическое разложение соединений железа (II) без доступа воздуха:
Fе(ОН) 2 = FеО + Н 2 O (150-200 °С)
FеСОз = FеО + СO 2 (490-550 °С)
Оксид дижелеза (III) – железа( II ) ( Fe II Fe 2 III)O 4 . Двойной оксид. Черный, имеет ионное строение Fe 2+ (Fе 3+) 2 (O 2-) 4 . Термически устойчив до высоких температур. Не реагирует с водой. Разлагается кислотами. Восстанавливается водородом, раскаленным железом. Участвует в доменном процессе производства чугуна. Применяется как компонент минеральных красок (железный сурик ), керамики, цветного цемента. Продукт специального окисления поверхности стальных изделий (чернение, воронение ). По составу отвечает коричневой ржавчине и темной окалине на железе. Применение брутто-формулы Fe 3 O 4 не рекомендуется. Уравнения важнейших реакций:
2(Fe II Fe 2 III)O 4 = 6FеО + O 2 (выше 1538 °С)
(Fe II Fe 2 III)O 4 + 8НС1 (разб.) = FеС1 2 + 2FеС1 3 + 4Н 2 O
(Fe II Fe 2 III)O 4 +10НNO 3 (конц.) =3Fе(NO 3) 3 + NO 2 + 5Н 2 O
(Fe II Fe 2 III)O 4 + O 2 (воздух) = 6Fе 2 O 3 (450-600°С)
(Fe II Fe 2 III)O 4 + 4Н 2 = 4Н 2 O + 3Fе (особо чистое, 1000 °С)
(Fe II Fe 2 III)O 4 + СО =ЗFеО + СO 2 (500-800°C)
(Fe II Fe 2 III)O4 + Fе ⇌4FеО (900-1000 °С, 560-700 °С)
Получение: сгорание железа (см.) на воздухе.
магнетит.
Оксид железа(III) F е 2 О 3 . Амфотерный оксид с преобладанием основных свойств. Красно-коричневый, имеет ионное строение (Fе 3+) 2 (O 2-) 3. Термически устойчив до высоких температур. Не образуется при сгорании железа на воздухе. Не реагирует с водой, из раствора выпадает бурый аморфный гидрат Fе 2 O 3 nН 2 О. Медленно реагирует с кислотами и щелочами. Восстанавливается монооксидом углерода, расплавленным железом. Сплавляется с оксидами других металлов и образует двойные оксиды — шпинели (технические продукты называются ферритами). Применяется как сырье при выплавке чугуна в доменном процессе, катализатор в производстве аммиака, компонент керамики, цветных цементов и минеральных красок, при термитной сварке стальных конструкций, как носитель звука и изображения на магнитных лентах, как полирующее средство для стали и стекла.
Уравнения важнейших реакций:
6Fе 2 O 3 = 4(Fe II Fe 2 III)O 4 +O 2 (1200-1300 °С)
Fе 2 O 3 + 6НС1 (разб.) →2FеС1 3 + ЗН 2 O (t) (600°С,р)
Fе 2 O 3 + 2NaОН (конц.) →Н 2 O+ 2 N а F е O 2 (красн.) диоксоферрат(III)
Fе 2 О 3 + МО=(М II Fе 2 II I)O 4 (М=Сu, Мn, Fе, Ni, Zn)
Fе 2 O 3 + ЗН 2 =ЗН 2 O+ 2Fе (особо чистое, 1050-1100 °С)
Fе 2 O 3 + Fе = ЗFеО (900 °С)
3Fе 2 O 3 + СО = 2(Fe II Fе 2 III)O 4 + СO 2 (400-600 °С)
Получение в лаборатории — термическое разложение солей железа (III) на воздухе:
Fе 2 (SO 4) 3 = Fе 2 O 3 + 3SO 3 (500-700 °С)
4{Fе(NO 3) 3 9 Н 2 O} = 2Fе a O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36Н 2 O (600-700 °С)
В природе — оксидные руды железа гематит Fе 2 O 3 и лимонит Fе 2 O 3 nН 2 O
Гидроксид железа (II) F е(ОН) 2 . Амфотерный гидроксид с преобладанием основных свойств. Белый (иногда с зеленоватым оттенком), связи Fе — ОН преимущественно ковалентные. Термически неустойчив. Легко окисляется на воздухе, особенно во влажном состоянии (темнеет). Нерастворим в воде. Реагирует с разбавленными кислотами, концентрированными щелочами. Типичный восстановитель. Промежуточный продукт при ржавлении железа. Применяется в изготовлении активной массы железоникелевых аккумуляторов.
Уравнения важнейших реакций:
Fе(OН) 2 = FеО + Н 2 O (150-200 °С, в атм.N 2)
Fе(ОН) 2 + 2НС1 (разб.) =FеС1 2 + 2Н 2 O
Fе(ОН) 2 + 2NаОН (> 50%) = Nа 2 ↓ (сине-зеленый) (кипячение)
4Fе(ОН) 2 (суспензия) + O 2 (воздух) →4FеО(ОН)↓ + 2Н 2 O (t)
2Fе(ОН) 2 (суспензия) +Н 2 O 2 (разб.) = 2FеО(ОН)↓ + 2Н 2 O
Fе(ОН) 2 + КNO 3 (конц.) = FеО(ОН)↓ + NO+ КОН (60 °С)
Получение : осаждение из раствора щелочами или гидратом аммиака в инертной атмосфере:
Fе 2+ + 2OH (разб.) = F е(ОН) 2 ↓
Fе 2+ + 2(NH 3 Н 2 O) = F е(ОН) 2 ↓ + 2NH 4
Метагидроксид железа F еО(ОН). Амфотерный гидроксид с преобладанием основных свойств. Светло-коричневый, связи Fе — О и Fе — ОН преимущественно ковалентные. При нагревании разлагается без плавления. Нерастворим в воде. Осаждается из раствора в виде бурого аморфного полигидрата Fе 2 O 3 nН 2 O, который при выдерживании под разбавленным щелочным раствором или при высушивании переходит в FеО(ОН). Реагирует с кислотами, твердыми щелочами. Слабый окислитель и восстановитель. Спекается с Fе(ОН) 2 . Промежуточный продукт при ржавлении железа. Применяется как основа желтых минеральных красок и эмалей, поглотитель отходящих газов, катализатор в органическом синтезе.
Соединение состава Fе(ОН) 3 не известно (не получено).
Уравнения важнейших реакций:
Fе 2 O 3 . nН 2 O→(200-250 °С, — H 2 O ) FеО(ОН)→(560-700° С на воздухе, -H2O) →Fе 2 О 3
FеО(ОН) + ЗНС1 (разб.) =FеС1 3 + 2Н 2 O
FeO(OH)→Fe 2 O 3 . nH 2 O -коллоид (NаОН (конц.))
FеО(ОН)→N а 3 [ F е(ОН) 6 ] белый , Nа 5 и К 4 соответственно; в обоих случаях выпадает синий продукт одинакового состава и строения, КFе III . В лаборатории этот осадок называют берлинская лазурь , или турнбуллева синь :
Fе 2+ + К + + 3- = КFе III ↓
Fе 3+ + К + + 4- = КFе III ↓
Химические названия исходных реактивов и продукта реакций:
К 3 Fе III - гексацианоферрат (III) калия
К 4 Fе III - гексацианоферрат (II) калия
КFе III - гексацианоферрат (II) железа (Ш) калия
Кроме того, хорошим реактивом на ионы Fе 3+ является тиоцианат-ион NСS — , железо (III) соединяется с ним, и появляется ярко-красная («кровавая») окраска:
Fе 3+ + 6NСS — = 3-
Этим реактивом (например, в виде соли КNСS) можно обнаружить даже следы железа (III) в водопроводной воде, если она проходит через железные трубы, покрытые изнутри ржавчиной.
68. Соединения железа
Оксид железа (II) FeO – черное кристаллическое вещество, нерастворимое в воде и щелочах. FeO соответствует основание Fe(OH)2 .
Получение. Оксид железа (II) можно получить неполным восстановлением магнитного железняка оксидом углерода (II):
Химические свойства. Является основным оксидом. Реагируя с кислотами, образует соли:
Гидроксид железа (II) Fe(OH)2 – кристаллическое вещество белого цвета.
Получение. Гидроксид железа (II) получается из солей двухвалентного железапри действии растворов щелочей:
Химические свойства. Основный гидроксид. Вступает в реакции с кислотами:
На воздухе Fe(OH)2 окисляется до Fе(ОН)3:
Оксид железа(III) Fe2O3 – вещество бурого цвета, встречается в природе в виде красного железняка, нерастворим в воде.
Получение . При обжиге пирита:
Химические свойства. Проявляет слабые амфотерные свойства. При взаимодействии со щелочами образует соли:
Гидроксид железа (III) Fe(OH)3 – вещество красно-бурого цвета, нерастворимое в воде и избытке щелочи.
Получение . Получают путем окисления оксида железа (III) и гидроксида железа (II).
Химические свойства. Является амфотерным соединением (с преобладанием основных свойств). Выпадает в осадок при действии щелочей на соли трехвалентного железа:
Соли двухвалентного железа получают взаимодействием металлического железа с соответствующими кислотами. Они сильно гидро-лизуются, потому их водные растворы – энергичные восстановители:
При нагревании выше 480 °C разлагается, образуя оксиды:
При действии щелочей на сульфат железа (II) образуется гидроксид железа (II):
Образует кристаллогидрат – FeSO4?7Н2О (железный купорос). Хлорид железа (III) FeCl3 – кристаллическое вещество темно-коричневого цвета.
Химические свойства. Растворим в воде. FeCl3 проявляет окислительные свойства.
Восстановители – магний, цинк, сероводород, окисляются без нагревания.
Железо в чистом виде получают различными методами: электролизом водных растворов его солей, термическим разложение в вакууме пентокарбонила Ж. и др.Технически чистое железо – “Армко железо”,”Вит” и др. марки производят в мартеновских печах. В Табл.2 приводится содержание примесей в нек. марках железа., полуаемых приведенными выше методами. Все эти методы за исключением мартеновского весьма дороги.
Основным промышленным методом получения Ж. служит производство его в виде различных сплавов с углеродом – чугунов и углеродистых сталей. При восстановлении железа в доменных печах образуется чугун, в машиностроении используют в основном сталь. Чугуны получают доменным процессом.
Химизм доменного процесса следующий:
3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2,
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2,
FeO + CO = Fe + CO2.
Чугуны по назначению разделяются на передельный и литеный.Передельный чугун – идет на дальнейшую переработку в углеродистые и др. стали. Литейный – для производства чугунных отливок. Хромисто – никилевые чугуны для дальнейшего извлечения из них никеля либо изготовления малолигированных никелевых и хромо – никелевых сталей.
Мартеновкий, конверторный и электроплавильный сводятся к удалению избыточного углерода и вредных рпимесей путем их выжигания и к доводке содержания лигирующих элементов до заданного.
Максимальное содержание углерода в чугуне 4,4%, кремния 1,75%, марганца 1,75%, фосфора 0,30%, серы 0,07%. В сталеплавильной печи содержание углерода, кремния и марганца нужно понизить до десятых долей процента. Передел чугуна осуществляется посредством реакций окисления, проводимых при высоких температурах.Железо, содержание которого в чугуне значительно выше, чем других веществ, частично окисляется:
2Fe + O2 = 2FeO + Q
Оксид железа (II), перемешиваясь с расплавом, окисляет кремний, марганец фосфор и углерод:
Si + 2FeO = SiO2 + 2Fe + Q
Mn + FeO = MnO + Fe + Q
2P + 5FeO = P2O5 + 5Fe + Q
C + FeO = CO + Fe – Q
После завершения окислительных реакций в сплаве содержится оксид железа (II) от которого необходимо избавиться. Кроме того, нужно довести до установленных норм содержание в стали углерода, кремния и марганца.Этого достигают добавляя раскислители, например ферромарганец. Марганец реагирует с оксидом железа (II):
Mn + FeO = MnO + Fe
Углероистые стали классифицируются след. образом:
основная мартеновская сталь
кислая мартеновская сталь
конверторная сталь
электросталь
Сжность металлургич процесса получения Ж. и сталей, включая доменный процесс и передел чугуна, является причиной постоянного развития и совершенствования метода прямого получения Ж. из железных руд.
Синтез 2,2-диэтоксииндандиона
Аминокислоты, пептиды
и протеины, или белки образуют группу химически и биологически родственных
соединений, которым принадлежит очень важная роль в жизненных процессах. При
полном гидролиз...
Получения ж. из руд был изобретен в зап. части Азии во 2-м тысячелетии до н. э.; вслед за тем применение ж. распростран. в Вавилоне, Египте, Греции; на смену бронз , в. пришел железный в. По содержанию в литосфере (4,65 мае. %) ж. занимает 2-е место среди металлов (на 1-м алюминий) и образует ок. 300 минералов (оксиды, сульфиды , силикаты , карбонаты и т.д.).
Ж. может существовать в виде трех аллот-ропич. модификаций: a-Fe с ОЦК, y-Fe с ГЦК и 8-Fe с ОЦК кристаллич . решетками; a-Fe ферромагнитно вплоть до 769 "С (точка Кюри). Модификации y~Fe и б-Fe парамагнитны. Полиморфные превращения ж. и стали при нагревании и охлаждении открыл в 1868 г. Д. К. Чернов. Fe проявляет перем. валентность (наиб, устойчивы соединения 2- и 3-валентного ж.). С кислородом ж. образует оксиды FeO, Fe2O3 и Fe3O4. Плотность ж. (при содержании примесей < 0,01 мае %) 7,874 г/ /см3, /т=1539"С, /КИЛ*3200«С.
Ж. - важнейший металл соврем, техники. В чистом виде из-за низкой прочн. практич. не использ. Осн. масса ж. применяется в виде весьма разных по составу и св-вам сплавов. На долю сплавов ж. приходится ~ 95 % всей ме-таллич. продукции.
Чистое Fe получают в относит, небольших кол-вах электролизом водных р-ров его солей или восстановлением водородом. Достат. чистое ж. получают прямым восстановл. не-посредст. из рудных концентратов (минуя домен , печь), водородом, природ, газом или углем при относит, низких темп-pax (губчатое Fe, железный порошок, металлизов. окатыши):
Губчатое железо - пористая масса с высоким содержанием железа, получ. восстановлением оксидов при / < /пл. Сырье - ж. руда, окатыши, железорудный концентрат и прокатная окалина , а восстановитель -углерод (некоксующийся уголь , антрацит , торф, сажа), газы (водород, конверторов., природ, и др. горючие газы) или их сочетание. Г. ж. для выплавки качеств, стали в электропечах, должно иметь степень металлизации рем/реобш ^ 85 % (желат. 92-95 %) и пустой породы < 4-5 %. Содержание углерода зависит от способа произ-ва г. ж. В процессах FIOR, SL-RN и HIB получают г. ж. с 0,2-0,7 % С, в процессе Midrex 0,8-2,5 % С. При газ. восстановлении содерж. 0,01-0,015 % S. Фосфор присутствует в виде оксидов и после расплавления переходит в шлак. Из г. ж., получаемого способами H-Iron, Heganes и Сулинского мет. з-да с 97-99 % FeM механич. измельчением с последующим отжигом изготовляют жел. порошок. Общая пористость г. ж. из руды - 45- 50 %, из окатышей 45-70 %. Насыпная масса - 1,6-2,1 т/м3. Для г. ж. характерна большая уд. поверхность , к-рая, включая внутр. пов-ть открытых пор, сост. 0,2-1 М3/г. Г. ж. имеет по-выш. склонность к вторичному окислению. При темп-pax в печи ниже 550-575 °С охлажд. металлизов. продукт пирофорен (самовозгорается на воздухе при комн. темп-ре). В совр. процессах г. ж. получают при / > 700 °С, что снижает его активность и позволяет хранить на воздухе (в отсутствии влаге) без заметного снижения степени металлизации. Г. ж., произвел, по высокотемп-рной технологии - при / > 850 °С, обладает низкой склонностью ко вторичному окислению при увлажнении, что обеспеч. безопасную транспортировку его в открытых вагонах, перевозку морским (речным) транспортом, хранение в открытых штабелях;
Железо прямого получения - железо, получаемое химич., электрохимич . или химико-термич. способами непосредст. из руды, минуя домен, печь, в виде порошка , губч. железа (металлизов. окатышей), крицы или жидкого металла. Наиб, развитие получило произ-во губч. железа при 700-1150 °С методами газ. восстановления руды (окатышей) в шахтных печах и с помощью тв. топлива во вращ. печах. Ж. п. п. с 88-93 % FeM, используется как шихта для выплавки стали, а с более высоким содержанием (98- 99 %) для произ-ва жел. порошка;
Карбонильное железо - порошок железа, получаемый при термич. разложении пентакарбонила железа; отличается высокой чистотой;
самородное железо - ж., встречающееся в природе в виде минералов. Различают по условиям нахождения теллурич. или земное (никель-железо) и метеоритное (космическое) с. ж. Теллурич. железо - редкий минерал - модификация a-Fe, встречается в виде отд. чешуек, зерен, губч. масс и скоплений. Состав - тв. р-р Fe и Ni (до 30 % Ni). Метеоритное с. ж. образуется в процессах формирования космич. тел и попадает на Землю в виде метеоритов; содержит до 25 % Ni. Цвет серо-стальной до черного, металлич. блеск, непрозрачно, тв. баллов 4-5 по минералогич . шкале, у = 7,3-8,2 г/см3 (в зависимости от содержания Ni). Сильно магнитно, хорошо куется;
Электролитическое железо - ж., получаемое электролитич. рафинированием; отличается высокой чистотой по примесям (<0,02 % С; 0,01 % О2);
электротехническое железо - применяемая в электротехнике сталь (или так наз. технич. чистое железо) с суммарным содерж. примесей до 0,08-0,10 %, в т. ч. до 0,05 % С. Э.ж. имеет малое уд. электрич. сопротивление , обладает повыш. потерями на вихревые токи, в связи с чем применение его ограничено в осн. магнитопроводами пост, магнитного потока (полюсные наконечники, магнитопроводы, реле и т.п.);
А-железо - низкотемп-рная модификация железа с ОЦК решеткой (при 20 °С а = 286,645 пм), устойчивая < 910 °С; a-Fe ферромагнитно при t < 769 °С (точка Кюри);
У-железо - высокотемп-рная модификация железа с ГЦК решеткой (а= 364 пм), устойчива при 910-1400 °С; парамагнитна;
5-железо - высокотемп-рная модификация железа с ОЦК решеткой (а = 294 пм), устойчива от 1400 °С до tm, парамагнитна.