Metall Profil: Eisen Eigenschaften und Eigenschaften

Die Verwendung von Eisen durch Menschen reicht etwa 5000 Jahre zurück. Es ist das zweithäufigste Metallelement in der Erdkruste und wird hauptsächlich zur Herstellung von Stahl, einem der wichtigsten Baustoffe der Welt, verwendet.

Eigenschaften

• Atomsymbol: Fe
• Ordnungszahl: 26
• Element Kategorie: Übergangsmetall
• Dichte: 7. 874g / cm ³
• Schmelzpunkt: 2800 ° F ( 1538 ° C)
• Siedepunkt: 5182 ° F (2862 ° C)
• Mohs Härte: 4

Eigenschaften

Reines Eisen ist ein silberfarbenes Metall, das Wärme und Elektrizität gut leitet.

Eisen ist zu reaktiv, um allein existieren zu können, daher kommt es nur in der Erdkruste als Eisenerz wie Hämatit, Magnetit und Siderit vor.

Eines der charakteristischen Merkmale von Eisen ist, dass es stark magnetisch ist. Einem starken Magnetfeld ausgesetzt, kann jedes Stück Eisen magnetisiert werden. Wissenschaftler glauben, dass der Erdkern zu etwa 90% aus Eisen besteht. Die magnetische Kraft, die von diesem Eisen erzeugt wird, erzeugt die magnetischen Nord- und Südpole.

Geschichte

Ursprünglich wurde Eisen entdeckt und als Folge von Holzbränden auf eisenhaltigen Erzen extrahiert. Der Kohlenstoff im Holz hätte mit dem Sauerstoff im Erz reagiert und ein weiches, formbares Eisenmetall hinterlassen. Die Eisenverhüttung und die Verwendung von Eisen zur Herstellung von Werkzeugen und Waffen begannen zwischen 2700 und 3000 v. Chr. In Mesopotamien (dem heutigen Irak). In den folgenden 2000 Jahren verbreitete sich das Eisenschmelzwissen während einer Periode, die als die Eisenzeit bekannt ist, nach Osten in Europa und Afrika.

Vom 17. Jahrhundert an, bis Mitte des 19. Jahrhunderts eine effiziente Methode zur Stahlerzeugung entdeckt wurde, wurde Eisen zunehmend als Baumaterial für Schiffe, Brücken und Gebäude verwendet. Der 1889 erbaute Eiffelturm wurde mit über 7 Millionen Kilogramm Schmiedeeisen hergestellt.

Rost

Das störendste Merkmal von Eisen ist seine Tendenz, Rost zu bilden.

Rost (oder Eisenoxid) ist eine braune, bröckelige Verbindung, die entsteht, wenn Eisen Sauerstoff ausgesetzt ist. Das in Wasser enthaltene Sauerstoffgas beschleunigt den Korrosionsprozess. Die Geschwindigkeit des Rosts - wie schnell Eisen in Eisenoxid übergeht - wird durch den Sauerstoffgehalt des Wassers und die Oberfläche des Eisens bestimmt. Salzwasser enthält mehr Sauerstoff als Süßwasser, weshalb Salzwasserroste schneller bricht als Süßwasser.

Rost kann verhindert werden, indem Eisen mit anderen Metallen beschichtet wird, die für Sauerstoff chemisch attraktiver sind, wie z. B. Zink (der Prozess der Beschichtung von Eisen mit Zink wird als "Galvanisieren" bezeichnet). Die wirksamste Methode zum Schutz gegen Rost ist jedoch die Verwendung von Stahl.

Stahl

Stahl ist eine Legierung aus Eisen und verschiedenen anderen Metallen, die zur Verbesserung der Eigenschaften (Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Hitzebeständigkeit usw.) verwendet werden.) von Eisen. Durch Ändern der Art und Menge der mit Eisen legierten Elemente können verschiedene Stahlsorten hergestellt werden.

Die gebräuchlichsten Stähle sind:

1. Kohlenstoffstähle, die zwischen 0,5-1 enthalten. 5% Kohlenstoff. Dies sind die häufigsten Stähle und werden für Karosserien, Schiffsrümpfe, Messer, Maschinen und alle Arten von strukturellen Stützen verwendet.
2. Niedriglegierte Stähle, die zwischen 1-5% andere Metalle enthalten (oft Nickel oder Wolfram). Nickelstahl ist in der Lage, hohen Spannungen standzuhalten, und wird daher häufig beim Bau von Brücken und bei der Herstellung von Fahrradketten verwendet. Wolframstähle behalten ihre Form und Festigkeit in Hochtemperaturumgebungen bei und werden in Schlag- und Drehanwendungen wie Bohrern eingesetzt.
3. Hochlegierte Stähle, die 12-18% anderer Metalle enthalten, werden aufgrund ihrer hohen Kosten nur in Spezialanwendungen eingesetzt. Ein Beispiel für einen hochlegierten Stahl ist rostfreier Stahl, der häufig Chrom und Nickel enthält, aber auch mit verschiedenen anderen Metallen legiert werden kann. Edelstahl ist sehr stark und korrosionsbeständig.

Produktion

Das meiste Eisen wird aus Erzen gewonnen, die in der Nähe der Erdoberfläche gefunden werden. Moderne Gewinnungstechniken nutzen Hochöfen, die sich durch ihre hohen Stapel (kaminartige Strukturen) auszeichnen. Das Eisen wird zusammen mit Koks (kohlenstoffreiche Kohle) und Kalkstein (Kalziumkarbonat) in die Schornsteine ​​gegossen. Heutzutage durchläuft das Eisenerz normalerweise einen Sinterprozess, bevor es in den Stapel eintritt. Dieser Prozess bildet Erzstücke, die zwischen 10-25mm groß sind und mit Koks und Kalkstein vermischt werden.

Das gesinterte Erz, der Koks und der Kalkstein werden dann in den Stapel gegossen, wo bei Temperaturen von 1800 ° C gebrannt wird. Koks verbrennt als Wärmequelle und trägt zusammen mit Sauerstoff, der in den Ofen geschossen wird, zur Bildung des Reduktionsgases Kohlenmonoxid bei. Der Kalkstein vermischt sich mit Verunreinigungen im Eisen zu Schlacke. Schlacke ist leichter als geschmolzenes Eisenerz, steigt also an die Oberfläche und kann leicht entfernt werden. Das heiße Eisen wird dann in Formen gegossen, um Roheisen herzustellen oder direkt für die Stahlproduktion vorbereitet.

Roheisen enthält immer noch zwischen 3. 5-4. 5% Kohlenstoff, zusammen mit anderen Verunreinigungen, und ist spröde und schwierig zu bearbeiten. Verschiedene Verfahren werden verwendet, um die Phosphor- und Schwefelverunreinigungen in Roheisen zu senken, um Gusseisen herzustellen. Schmiedeeisen, das weniger als 0,25% Kohlenstoff enthält, ist zäh, verformbar und leicht verschweißbar, ist jedoch viel aufwändiger und kostspieliger in der Herstellung als kohlenstoffarmer Stahl.

Im Jahr 2010 betrug die weltweite Eisenerzproduktion rund 2,4 Milliarden Tonnen. China, der größte Produzent, machte etwa 37,5% der gesamten Produktion aus, während andere wichtige Produzentenländer Australien, Brasilien, Indien und Russland sind.

Anwendungen

Eisen war früher das wichtigste Konstruktionsmaterial, wurde aber in den meisten Anwendungen schon lange durch Stahl ersetzt. Dennoch wird in Rohren nach wie vor Gusseisen verwendet, um Autoteile wie Zylinderköpfe, Zylinderblöcke und Getriebegehäuse herzustellen. Schmiedeeisen wird immer noch für Wohndekorationen wie Weinregale, Kerzenhalter und Vorhangstangen verwendet.

Referenzen

Straße, Arthur. & Alexander, W. O. 1944. Metalle im Dienste des Menschen . 11. Ausgabe (1998).
Die Internationale Schweineeisenvereinigung.
Quelle: www. Roheisen. org. UK
USGS. Mineral Commodity Summaries: Eisen und Stahl (2011).
Quelle: // Mineralien. Usgs. Regierung / Mineralien / Kneipen / Waren / Eisen _ & _ Stahl