المعادن الشخصي: خصائص الحديد والخصائص

يعود استخدام الحديد من قبل البشر إلى حوالي 5000 سنة. وهو ثاني أكثر العناصر المعدنية وفرة في قشرة الأرض ويستخدم أساسا لإنتاج الصلب، واحدة من أهم المواد الهيكلية في العالم.

خصائص

• الرمز الذري: في
• العدد الذري: 26
• العنصر الفئة: نقل المعادن
• الكثافة: 7. 874g / سم ³
• نقطة الانصهار: 2800 ° F 1538 ° C)
• نقطة الغليان: 5182 ° F (2862 ° C)
• مو صلابة: 4

الخصائص

الحديد النقي هو معدن فضى اللون الذي يجرى الحرارة والكهرباء جيدا.

الحديد هو رد الفعل جدا أن توجد وحدها بحيث يحدث فقط بشكل طبيعي في قشرة الأرض وخامات الحديد، مثل الهيماتيت، ماغنيتيت، و سيديريت.

واحدة من خصائص تحديد الحديد هو أنه مغناطيسي قوي. يتعرض لحقل مغناطيسي قوي، أي قطعة من الحديد يمكن أن يكون ممغنط. ويعتقد العلماء أن جوهر الأرض يتكون من حوالي 90٪ من الحديد. القوة المغناطيسية التي ينتجها هذا الحديد هي ما يخلق القطبين الشمالي والجنوبي المغناطيسي.

التاريخ

كان من المحتمل اكتشاف الحديد في الأصل واستخلاصه نتيجة حرق الخشب فوق الخامات التي تحتوي على الحديد. وكان الكربون داخل الخشب قد تفاعل مع الأكسجين في خام، وترك معدن الحديد الناعمة، طيع. بدأ صهر الحديد واستخدام الحديد لصنع الأدوات والأسلحة في بلاد ما بين النهرين (العراق اليوم) بين 2700 و 3000 قبل الميلاد. على مدى السنوات 2000 التالية، انتشرت المعرفة صهر الحديد شرقا إلى أوروبا وأفريقيا خلال فترة تعرف باسم العصر الحديدي.

- 3>>

منذ القرن السابع عشر، حتى تم اكتشاف طريقة فعالة لإنتاج الصلب في منتصف القرن التاسع عشر، استخدم الحديد بشكل متزايد كمواد هيكلية لجعل السفن والجسور والمباني. تم بناء برج ايفل، الذي شيد في عام 1889، باستخدام أكثر من 7 مليون كيلوغرام من الحديد المطاوع.

الصدأ

السمة الأكثر إثارة للقلق الحديد هو ميلها لتشكيل الصدأ.

الصدأ (أو أكسيد الحديديك) هو مركب بني، متفتت ينتج عند تعرض الحديد للأكسجين. غاز الأكسجين الموجود في الماء يسرع عملية التآكل. معدل الصدأ - مدى سرعة تحول الحديد إلى أكسيد الحديديك - يتم تحديده من خلال محتوى الأكسجين في الماء ومساحة السطح من الحديد. المياه المالحة تحتوي على أكثر من الأوكسجين من المياه العذبة، وهذا هو السبب في المياه المالحة الصدأ الحديد أسرع من المياه العذبة.

يمكن الوقاية من الصدأ عن طريق طلاء الحديد مع المعادن الأخرى التي تكون أكثر جاذبية كيميائيا للأكسجين، مثل الزنك (يشار إلى عملية طلاء الحديد بالزنك ب "الجلفنة"). ومع ذلك، فإن الطريقة الأكثر فعالية لحماية ضد الصدأ هو استخدام الصلب.

الصلب

الصلب هو سبائك الحديد والمعادن المختلفة الأخرى، والتي تستخدم لتعزيز خصائص (قوة، مقاومة للتآكل، التسامح الحرارة الخ.) من الحديد. تغيير نوع وكمية العناصر سبائك الحديد يمكن أن تنتج أنواع مختلفة من الصلب.

الصلب الأكثر شيوعا هي:

1. الكربون الصلب، والتي تحتوي على 0. 5-1. 5٪ الكربون. هذه هي الأكثر شيوعا الفولاذ وتستخدم ل أجسام السيارات، السفن بدن، السكاكين، الآلات وجميع أنواع الدعم الهيكلي.
2. انخفاض سبائك الصلب، والتي تحتوي على 1-5٪ المعادن الأخرى (غالبا النيكل أو التنغستن). النيكل الصلب قادر على تحمل مستويات عالية من التوتر، وبالتالي، غالبا ما تستخدم في بناء الجسور وصنع سلاسل الدراجات. التنغستن الفولاذ الحفاظ على شكلها وقوتها في بيئات عالية الحرارة وتستخدم في تأثير، التطبيقات الدوارة، مثل لقم الحفر.
3. سبائك الصلب عالية، والتي تحتوي على 12-18٪ من المعادن الأخرى تستخدم فقط في التطبيقات المتخصصة نظرا لتكلفتها العالية. أحد الأمثلة على سبائك الصلب عالية هو الفولاذ المقاوم للصدأ، والتي غالبا ما تحتوي على الكروم والنيكل، ولكن يمكن أن تكون سبائك مع مختلف المعادن الأخرى كذلك. الفولاذ المقاوم للصدأ هو قوي جدا ومقاومة للغاية للتآكل.

الإنتاج

يتم إنتاج معظم الحديد من الخامات الموجودة بالقرب من سطح الأرض. وتستخدم تقنيات الاستخراج الحديثة أفران الأفران، التي تتميز بأكوامها الطويلة (هياكل تشبه المدخنة). يتم سكب الحديد في المداخن جنبا إلى جنب مع فحم الكوك (الفحم الغنية بالكربون) والحجر الجيري (كربونات الكالسيوم). في الوقت الحاضر، وخام الحديد تمر عادة من خلال عملية تلبد قبل دخول المكدس. وتشكل هذه العملية قطع خام تتراوح بين 10-25 مم، ثم تخلط مع فحم الكوك والحجر الجيري.

ثم يتم سكب خام خام وفحم الكوك والحجر الجيري المتكلس إلى المكدس حيث يكون الحروق عند درجات حرارة 1800 درجة مئوية. فحم الكوك يحترق كمصدر للحرارة، ويساهم في تشكيل غاز أول أكسيد الكربون المختزل، إلى جانب الأكسجين الذي يتم إطلاقه في الفرن. يمزج الحجر الجيري مع الشوائب في الحديد لتشكيل الخبث. الخبث أخف من خام الحديد المنصهر، لذلك يرتفع إلى السطح ويمكن بسهولة إزالتها. ثم يتم صب الحديد الساخن في قوالب لإنتاج الحديد الخنزير أو مباشرة على استعداد لإنتاج الصلب.

خنزير الحديد لا يزال يحتوي بين 3- 5-4. 5٪ الكربون، جنبا إلى جنب مع غيرها من الشوائب، وهشة وصعبة للعمل مع. وتستخدم عمليات مختلفة من أجل خفض الفوسفور والكبريت الشوائب في الحديد الخنازير من أجل إنتاج الحديد الزهر. الحديد المطاوع، الذي يحتوي على أقل من 0. 25٪ الكربون، هو صعبة، طيع وسهولة ملحومة، ولكن أكثر شاقة ومكلفة لإنتاج من الصلب منخفض الكربون.

في عام 2010، كان إنتاج خام الحديد العالمي حوالي 2. 4 مليار طن. وتمثل الصين، أكبر منتج، نحو 37. 5٪ من جميع الإنتاج، في حين أن الدول المنتجة الرئيسية الأخرى تشمل أستراليا والبرازيل والهند وروسيا.

التطبيقات

كان الحديد مرة واحدة المواد الهيكلية الأولية، ولكن منذ فترة طويلة تم استبدالها من قبل الصلب في معظم التطبيقات. ومع ذلك، لا يزال يستخدم الحديد الزهر في الأنابيب وجعل أجزاء السيارات، مثل رؤوس الاسطوانات، كتل اسطوانة وحالات علبة التروس. لا يزال الحديد المطاوع يستخدم لإنتاج مواد الديكور المنزلي، مثل رفوف النبيذ، وحاملات الشموع وقضبان الستائر.

المراجع

شارع، آرثر. & أليكساندر، W. O. 1944. المعادن في خدمة الإنسان . 11th إديتيون (1998).
الرابطة الدولية للحديد الخنزير.
المصدر: ووو. حديد السكب. غزاله. المملكة المتحدة
USGS. ملخصات السلع المعدنية: الحديد والصلب (2011).
المصدر: هتب: // مينيرالس. هيئة المسح الجيولوجي الامريكية. GOV / المعادن / الحانات / السلع / الحديد _ & _ الصلب