Железо

Слайд 1

Слайд 2

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). 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. Собственно, железом обычно называют его сплавы с малым содержанием примесей (до 0,8 %), которые сохраняют мягкость и пластичность чистого металла. Но на практике чаще применяются сплавы железа с углеродом: сталь (до 2,14 вес. % углерода) и чугун (более 2,14 вес. % углерода), а также нержавеющая (легированная) сталь с добавками легирующих металлов (хром, марганец, никель и др.). Совокупность специфических свойств железа и его сплавов делают его «металлом № 1» по важности для человека .

Слайд 3

История открытия Железо по распространенности в природе занимает второе место среди металлов, проигрывая лишь алюминию. Самородное железо в природе практически не встречается. Предположительно, что железо, которое попало впервые в руки человека, было метеоритного происхождения. Железо является относительно активным металлом и под воздействием внешних условий окисляется, покрываясь ржавчиной, то есть подвергалось коррозии. Поэтому, хотя человек использует железо с древний времен, изделия из него встречаютсч крайне редко. В течении многих веков они просто превратились в в ржавчину. Первым упоминания об использовании железа около пяти тысяч лет. Железо в те времена было очень дорогим, ценилось оно дороже золота, первого металла, который стал использовать человек. Изделия из железа, как это не порадоксально помещались в оправу из золота. С самородными металлами народы, населяющие все континенты, познакомились почти в одно и то же время. С железом же происходило знакомство иначе и оно растянулось на более длинные исторические промежутки времени. Посмотрим на исторические факты. В Египте железо получали еще во втором тысячелетии до нашей эры, в Лревней Греции-в конце II тясячелетия , в Китае-в середине первого тысячелетия до нашей эры. А на американском континенте лишь с приходом европейцев. Чем это объясняется? В государствах, где запасы самородных металлов, в первую очередь меди и олова, были невелики, у людей возникала необходимость поиска новых металлов, чтобы заменить самородные. В Америке находились крупнейшие месторождения меди, поэтому потребности в других металлах не было. А вот африканские племена перешагнули через медный век, минуя его, к железному веку. С увеличением численности населения, с занятием людьми новых территорий. Выработка железа неуклонно росла, и оно перешло из ранга драгоценных металлов в обычные. Из известных тогда металлов железо было самым прочным. Из него изготавливалиразличныеорудиятруда,оружие , инструменты. В начале нашей эпохи железо уже производили в Европе и в Азии. Лучшимиметаллургами были индийцы. Как же развивались способы получения железа? Первоначально человек использовал метеоритное железо, но оно было очень редким и очень дорогим. Затем стали получать нагреванием руд с углем, делая это на хорошо продуваемых ветром местах. Но, полученное таким способом железо было губчатым, с большим содержанием шлаков и хрупким. Важнейшим шагом в технологии получения железа стало появление горна, который был открыт свержу и обложен изнутри огнеупорными материалами. Используя данный способ получалоь относительно качественное железо, о чем говорят раскопки, произведенные археологами в Сирии на месте древних городов.

Слайд 4

Нахождение в природе По распространенности в природе железо является вторым металлом после алюминия и находится на четвертом месте среди всех элементов, уступаю лишь кислороду, алюминию и кремнию. Содержание химического элемента в земной коре по массе составляет 4,65%. Известно более 300 минералов, содержащихся в составе железных руд (сульфиды, окислы, силикаты, фосфаты, карбонаты, титанаты , и т. д.). Важнейшие рудные минералы железа: магномагнетит , Титаномагнетит, Магнетит, Гематит, гидрогематит , Сидерит, Гётит, гидрогётит , железистые хлориты (тюрингит шамозит, и т.д.). В промышленных рудах содержание железа составляет 16 - 70%. Существуют богатые (менее 50% железа), рядовые (50—25% железа) и бедные (≥ 25% железа) железные руды. В зависимости от того, каков химический состав железной руды, ее применяют для выплавки чугуна после обогащения или в естественном виде. Железные руды, содержание металла в которых менее 50%, обогащаются до 60%, в основном способами магнитной сепарации либо гравитационным обогащением. Рыхлые или сернистые (менее 0,3% серы) богатые руды и концентраты обогащения окусковывают агломерацией, из концентратов производят окатыши. Жедезые руды, которые идут в доменную шихту, не должны содержать S, Р и Cu более 0,1 — 0,3% и As , Sn , Zn , Pb 0,05—0,09%, т.к. могут ухудшиться условия плавки или качество стали. Примесь в железной руде кремния, никеля, титана и вольфрама в большинстве случаев полезна. Mn , Cr и Ni улучшают качество стали, титан и вольфрам попутно извлекаются в процессах обогащения и металлургического передела. Месторождения железной руды по происхождению разделяют на три группы: магматогенные, метаморфогенные и экзогенные. Магматогенные делятся на: магматические — это дайкообразные , пластообразные и неправильные залежи титаномагнетитов, которые связаны с габбро-пироксенитовыми породами ( Лиганга в Танзании, Бушвельдские месторождения в ЮАР), апатито-магнетитовые залежи, которые связаны с сиенитдиоритами и сиенитами ( Елливарс и Кируна в Швеции, Лебяжинское на Урале), скарновые или контактово-метасоматические, поялвяются вблизи интрузивных массивов или на контактах, и др. Экзогенные месторождения: осадочные — механические и химические осадки озерных и морских бассейнов, более редко в дельтах и долинах рек, возникают в процессе местного обогащения соединениями железа вод бассейна, а также в результате сноса в воды железистых продуктов суши; слагают линзы или пласты среди осадочных, реже — вулканогенно-осадочных пород; сюда относят месторождения бурых железняков, часть силикатных руд, сидеритов, (Керченское на Украине, Аятское в Казахстане; Лан-Диль в Германии, и т.д.). Месторождения коры выветривания появляются после выветривания железосодержащих горных пород; различаются элювиальные или остаточные месторождения, где продукты выветривания, обогащены железом (в результате выноса из горной породы других элементов) и остаются на месте (Украина - руды Кривого Рога, Россия - Курская магнитная аномалия, США - район оз. Верхнего) и цементационные (инфильтрационные), здесь железо выносится из выветривающихся пород, а затем отложено заново в пролегающих ниже горизонтах (Россия - Алапаевское месторождение Урала). Метаморфогенные (или метаморфизованные) месторождения — это преобразованные под высоким давлением и температурой ранее существовавшие, в основном осадочные месторождения. Сидериты и гидроокислы железа при этом, как правило, переходят в магнетит и гематит. Метаморфические процессы могут дополняться гидротермально-метасоматическими образованиями магнетитовых руд. Подобные месторождения есть в России, Индии, Украине, США, Австралии и др.

Слайд 5

Получение В промышленности железо получают из железной руды, в основном из гематита и магнетита. Существуют различные способы извлечения железа из руд. Наиболее распространённым является доменный процесс. Первый этап производства — восстановление железа углеродом в доменной печи при температуре 2000 °C. В доменной печи углерод в виде кокса, железная руда в виде агломерата или окатышей и флюс (например, карбонат кальция) подаются сверху, а снизу их встречает поток нагнетаемого горячего воздуха. В печи углерод кокса окисляется до монооксида углерода (угарного газа) кислородом воздуха В свою очередь, угарный газ восстанавливает железо из руды Флюс добавляется для извлечения нежелательных примесей из руды, в первую очередь силикатов, таких, как кварц (диоксид кремния). Типичный флюс содержит карбонат кальция (известняк) и доломит (карбонат магния). Против других примесей используют другие флюсы. Действие флюса: известняк под действием тепла разлагается до оксида кальция (негашёная известь) Оксид кальция соединяется с диоксидом кремния, образуя шлак Шлак, в отличие от диоксида кремния, плавится в печи. Более лёгкий, чем железо, шлак плавает на поверхности и его можно сливать отдельно от металла. Шлак затем употребляется в строительстве и сельском хозяйстве. Расплав железа, полученный в доменной печи, содержит довольно много углерода (чугун). Кроме случаев, когда чугун используется непосредственно, он требует дальнейшей переработки. Излишний углерод и другие примеси (сера, фосфор) удаляют из чугуна окислением в мартеновских печах или в конвертерах. Электрические печи используют и для выплавки легированных сталей. Кроме доменного процесса, распространён процесс прямого получения железа. В этом случае предварительно измельчённую руду смешивают с особой глиной, формируя окатыши. Окатыши обжигают, и обрабатывают в шахтной печи горячими продуктами конверсии метана, содержащими водород. водород легко восстанавливает железо, при этом не происходит загрязнения железа такими примесями, как сера и фосфор — обычными примесями в каменном угле. железо получается в твёрдом виде, и в дальнейшем переплавляется в электрических печах. Химически чистое железо получается электролизом растворов его солей

Слайд 6

Физические и химические свойства Железо — типичный металл, в свободном состоянии — серебристо-белого цвета с сероватым оттенком. Чистый металл пластичен, различные примеси (в частности — углерод) повышают его твёрдость и хрупкость. Обладает ярко выраженными магнитными свойствами. При хранении на воздухе при температуре до 200 °C железо постепенно покрывается плотной пленкой оксида, препятствующего дальнейшему окислению металла. Во влажном воздухе железо покрывается рыхлым слоем ржавчины, который не препятствует доступу кислорода и влаги к металлу и его разрушению. ржавчина не имеет постоянного химического состава. Чистое металлическое железо устойчиво в воде и в разбавленных растворах щелочей. В концентрированной серной и азотной кислотах железо не растворяется, так как прочная оксидная плёнка пассивирует его поверхность.

Слайд 7

Оксид железа ( FeO ) Диамагнитный черный неустойчивый кристаллический порошок. Решетка типа NaCl . tпл=1368°С [1]. Превращается в при нагревании на воздухе. Мало растворим в воде и щелочах. Растворяется в кислотах. Разлагает при нагревании воду. Получают окислением металлического железа, восстановлением оксида железа (III) СО или водородом, прокаливанием смеси Fe2O3 и порошка железа.

Слайд 8

Дисульфид железа ( II) FeS2. Встречается в природе в виде минерала пирита или марказита. Пирит обладает блестящим желтым цветом, кристаллической структурой типа NaCl и является одним из самых распространенных минералов железа. tпл=1171°С [2]. Получают нагреванием с серой порошкообразного железа или пропусканием H2S через суспензию гидроксида железа (III).

Слайд 9

Сульфат железа Токсичные, очень гигроскопичные парамагнитные орторомбические кристаллы белого цвета. Плотность равна 3,14 г/см3 [2]. Известны кристаллогидраты FeSО4.nН2О (n=1, 4, 7). При нагревании на воздухе превращается в Fe2O3. Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25оС равна 267 Cм.см2/моль [4]. Получают прокаливанием пирита, нагреванием PbSO4 с железом, дегидратацией кристаллогидрата FeSО4.7Н2О.

Слайд 10

Применение Чистое железо имеет довольно ограниченное применение. Его используют при изготовлении сердечников электромагнитов, как катализатор химических процессов, для некоторых других целей. Но сплавы железа — чугун и сталь — составляют основу современной техники. Находят широкое применение и многие соединения железа. Так, сульфат железа (III) используют при водоподготовке, оксиды и цианид железа служат пигментами при изготовлении красителей и так далее.

Слайд 11

Железо Железо считается главным металлом, так что Вы- важная птица! Оно может быть очень разным, нет одного такого состояния, которому бы она всегда соответствовала! Не любит принимать что-то от людей, ей легче отдавать. Ее активность следует назвать средней. Но зато ей свойственно окружать себя людьми и обязательно быть в центре внимания! Она яркая, а из цветов любит коричневые теплые оттенки (а могу ведь и ошибаться) ;) В своем настоящем состоянии она мягка и податлива. На нее легко воздействовать, поэтому она нуждается в защите!