鐵(tie)(Ferrum)是一種金屬元素,原(yuan)子序數為(wei)26,位于周(zhou)(zhou)期(qi)表第(di)四周(zhou)(zhou)期(qi),第(di)VIII族。
純(chun)鐵是(shi)銀(yin)白(bai)色有光澤的金(jin)屬(shu),密度7.86g/cm3,熔點1539℃。鐵除了有導電性(xing)、導熱性(xing)、延(yan)展性(xing)外(wai),還能被磁鐵吸引,具有鐵磁性(xing)。
鐵(tie)(tie)的(de)重要(yao)化合(he)(he)物(wu)有(you)三(san)氧化二鐵(tie)(tie)、四(si)氧化三(san)鐵(tie)(tie)、氯化鐵(tie)(tie)及鐵(tie)(tie)的(de)配合(he)(he)物(wu)等。自然界(jie)中(zhong)主(zhu)要(yao)礦(kuang)(kuang)物(wu)是(shi)赤鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(主(zhu)要(yao)是(shi)三(san)氧化二鐵(tie)(tie)),磁鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(主(zhu)要(yao)是(shi)四(si)氧化三(san)鐵(tie)(tie))和(he)菱鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(主(zhu)要(yao)是(shi)碳(tan)酸亞鐵(tie)(tie))等。工業上用鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)、焦炭和(he)石灰石混合(he)(he)在高(gao)爐中(zhong)冶煉而得,根(gen)據(ju)含(han)碳(tan)量(liang)不同可分為生鐵(tie)(tie)、熟(shu)鐵(tie)(tie)和(he)鋼(gang)。
古代(dai)社會鐵(tie)(tie)(tie)器(qi)時(shi)代(dai)大約起始(shi)于前2000年(nian),但最早發現和使用的(de)(de)鐵(tie)(tie)(tie)是來自外空的(de)(de)隕(yun)鐵(tie)(tie)(tie)。隕(yun)鐵(tie)(tie)(tie)是鐵(tie)(tie)(tie)和鎳、鈷等金屬的(de)(de)混合(he)物、含鐵(tie)(tie)(tie)量較高。在埃及、西南亞等地一(yi)些文(wen)明古國所(suo)發現的(de)(de)最早的(de)(de)鐵(tie)(tie)(tie)器(qi),都是由(you)隕(yun)鐵(tie)(tie)(tie)加工而成的(de)(de)。1972年(nian)中國河北省藁城縣(xian)臺(tai)西村出土(tu)了一(yi)把(ba)商(shang)代(dai)鐵(tie)(tie)(tie)刃(ren)青銅(tong)鉞,制(zhi)造年(nian)代(dai)約在前14世(shi)紀。在青銅(tong)鉞上嵌的(de)(de)鐵(tie)(tie)(tie)刃(ren),是將隕(yun)鐵(tie)(tie)(tie)經(jing)加熱鍛打(da)后,和鉞體嵌鍛在一(yi)起的(de)(de)。中國還(huan)曾出土(tu)過(guo)類似(si)的(de)(de)鐵(tie)(tie)(tie)刃(ren)銅(tong)鉞和鐵(tie)(tie)(tie)援銅(tong)戈各一(yi)件,年(nian)代(dai)相(xiang)當(dang)于商(shang)末周初,鐵(tie)(tie)(tie)的(de)(de)部(bu)分也(ye)是由(you)隕(yun)鐵(tie)(tie)(tie)加工成的(de)(de)。古埃及人把(ba)鐵(tie)(tie)(tie)叫做“天石(shi)(shi)”,可見人類最早認識鐵(tie)(tie)(tie)是從隕(yun)石(shi)(shi)開(kai)始(shi)的(de)(de)。天外來的(de)(de)隕(yun)石(shi)(shi)數量很(hen)少,因此用隕(yun)石(shi)(shi)制(zhi)作(zuo)的(de)(de)器(qi)具當(dang)然(ran)稀少而珍貴(gui),同(tong)時(shi)還(huan)帶有神秘的(de)(de)色(se)彩(cai)。用隕(yun)石(shi)(shi)作(zuo)工具是很(hen)少的(de)(de),所(suo)以(yi)對生產(chan)進步沒有什么(me)明顯影響,但通(tong)過(guo)隕(yun)石(shi)(shi)的(de)(de)利用,畢竟使人類最早接觸并認識到(dao)鐵(tie)(tie)(tie)。
冶鐵(tie)技術發(fa)明于原(yuan)(yuan)始社(she)(she)會的末期。冶鐵(tie)技術的發(fa)明,代(dai)表冶金史的一(yi)個新階段的開(kai)始。居住(zhu)在(zai)(zai)亞美尼亞山地的基茲(zi)溫達部落在(zai)(zai)前2000年時,就發(fa)明了一(yi)種煉鐵(tie)的有(you)(you)效方法(fa),后來逐(zhu)步傳(chuan)開(kai)了。小(xiao)亞細(xi)亞的赫梯(ti)人(ren)在(zai)(zai)前1400年左右(you)也已(yi)掌握了冶鐵(tie)技術;兩(liang)河流(liu)域北部的亞述人(ren),在(zai)(zai)前1300年已(yi)進入(ru)鐵(tie)器時代(dai)。鐵(tie)制工(gong)(gong)具(ju)的大(da)量出現,社(she)(she)會生產(chan)(chan)(chan)力(li)顯著提高(gao),從而對社(she)(she)會的發(fa)展產(chan)(chan)(chan)生巨大(da)影響。有(you)(you)些(xie)民族(zu)因此而迅速(su)(su)地由原(yuan)(yuan)始公社(she)(she)制過渡到奴(nu)隸社(she)(she)會。古希臘和(he)古羅馬的奴(nu)隸社(she)(she)會的產(chan)(chan)(chan)生,就是由于鐵(tie)制工(gong)(gong)具(ju)的廣泛使用(yong),促(cu)使生產(chan)(chan)(chan)力(li)大(da)大(da)提高(gao)的結(jie)果。在(zai)(zai)古代(dai)中國、埃及等文(wen)明古國,則因有(you)(you)適合農業耕(geng)作的沖積平原(yuan)(yuan),有(you)(you)便(bian)利(li)的灌溉系(xi)統(tong),所以(yi)在(zai)(zai)擁(yong)有(you)(you)青(qing)銅工(gong)(gong)具(ju)后,便(bian)已(yi)進入(ru)奴(nu)隸社(she)(she)會,而一(yi)旦(dan)鐵(tie)制工(gong)(gong)具(ju)逐(zhu)步取代(dai)了青(qing)銅工(gong)(gong)具(ju),生產(chan)(chan)(chan)力(li)獲得飛(fei)速(su)(su)發(fa)展,生產(chan)(chan)(chan)關(guan)系(xi)進一(yi)步發(fa)生變(bian)化,社(she)(she)會便(bian)又前進一(yi)步向(xiang)封建制度(du)過渡。
冶(ye)(ye)鐵技(ji)術和青(qing)銅(tong)(tong)冶(ye)(ye)煉技(ji)術一樣,首先是由于社會生產(chan)發展(zhan)的需要(yao)。青(qing)銅(tong)(tong)工(gong)具(ju)在生產(chan)中的作用(yong)誘使人們(men)去(qu)尋找更多的金(jin)屬資源,但因銅(tong)(tong)礦(kuang)分布不廣,錫(xi)、鉛(qian)礦(kuang)更是稀少(shao),人們(men)很自(zi)然(ran)地要(yao)去(qu)尋找新的金(jin)屬。另外,在當時已(yi)具(ju)備了(le)冶(ye)(ye)鐵的物質和技(ji)術條件(jian),特別(bie)是許多民族已(yi)有冶(ye)(ye)煉青(qing)銅(tong)(tong)的經驗,發明冶(ye)(ye)鐵技(ji)術是很自(zi)然(ran)的。
早期的冶鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)技術(shu)(shu),大(da)多采用“固(gu)體(ti)還原法”,即(ji)冶鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)時,將鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦石和木炭一(yi)層夾一(yi)層地(di)碼放(fang)在爐(lu)窯中(zhong),點火(huo)焙燒,在650—1000℃溫(wen)度(du)下,利(li)用碳(tan)的不完全燃燒,產生一(yi)氧化碳(tan),使鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦中(zhong)的氧化鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)被(bei)還原成鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)。但(dan)(dan)由于溫(wen)度(du)不夠高,還原出來(lai)的鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)以塊狀沉到爐(lu)底,人(ren)們只(zhi)能待鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)煉成爐(lu)窯冷卻(que)后(hou)將鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)塊取(qu)出。這種(zhong)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)實際(ji)上是海綿鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie),表面粗(cu)糙,夾雜渣滓,不具有明(ming)顯(xian)金屬特征,有的其堅韌性(xing)還不如青銅(tong)。因(yin)此。中(zhong)國(guo)古代人(ren)稱這種(zhong)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)為“惡(e)金”。這就造(zao)成一(yi)種(zhong)情況,盡管冶鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)技術(shu)(shu)的發明(ming)雖比(bi)青銅(tong)技術(shu)(shu)只(zhi)稍晚一(yi)些,但(dan)(dan)在有發達的青銅(tong)冶煉業的民族那(nei)里(li),鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)器(qi)的廣泛使用卻(que)常較使用青銅(tong)器(qi)推遲了很多年。
在人(ren)們(men)經過一(yi)段實踐摸索的認識(shi)過程后,終于(yu)發現(xian),將煉出的鐵塊反復(fu)加熱和(he)壓延錘打,才能使鐵柔(rou)韌(ren)不脆。人(ren)們(men)還發現(xian)將赤(chi)熱的鍛(duan)鐵猛淬入冷水,會(hui)變成堅韌(ren)的好鐵。這種好鐵的性能遠遠超越于(yu)青銅之上。當人(ren)們(men)能廣泛用這種鍛(duan)鐵制造工具時,青銅工具才逐(zhu)漸(jian)被鐵器取代。
鐵(tie)(tie)是(shi)一(yi)(yi)種銀白色頗軟的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)金(jin)(jin)屬,有(you)良好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)延展性(xing),鐵(tie)(tie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)性(xing)質(zhi)會因摻(chan)雜了痕量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)其(qi)(qi)它(ta)(ta)元素而發(fa)生變化(hua)。鐵(tie)(tie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)性(xing)在極大程(cheng)度上(shang)決定于(yu)所含的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)雜質(zhi),并且會因退(tui)火的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)程(cheng)度而變。鐵(tie)(tie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)純(chun)度越高磁(ci)導(dao)(dao)率(lv)越大,且降低了鐵(tie)(tie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)滯后損失。以鐵(tie)(tie)和(he)鈷為基體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鋼(gang)或合(he)(he)(he)金(jin)(jin)用(yong)于(yu)制(zhi)造永(yong)(yong)(yong)磁(ci)體(ti)(ti),常用(yong)鐵(tie)(tie)與其(qi)(qi)它(ta)(ta)鐵(tie)(tie)磁(ci)性(xing)金(jin)(jin)屬鈷和(he)鎳所制(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)合(he)(he)(he)金(jin)(jin),例如(ru)FeNi和(he)FeNi?都有(you)很(hen)高的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)導(dao)(dao)率(lv)。鐵(tie)(tie)一(yi)(yi)鈷一(yi)(yi)鎳系的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)永(yong)(yong)(yong)磁(ci)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)和(he)鐵(tie)(tie)氧體(ti)(ti)磁(ci)性(xing)材料屬于(yu)第一(yi)(yi)代合(he)(he)(he)成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)永(yong)(yong)(yong)磁(ci)體(ti)(ti)。近20年(nian)來發(fa)展的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)第二代永(yong)(yong)(yong)磁(ci)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)是(shi)稀土鈷系合(he)(he)(he)金(jin)(jin),如(ru)SmCo5和(he)Sm2Co17等,近10年(nian)來則(ze)發(fa)展了第三代永(yong)(yong)(yong)磁(ci)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)Nd一(yi)(yi)Fe一(yi)(yi)B系合(he)(he)(he)金(jin)(jin)。近年(nian)又發(fa)展起(qi)來Sm一(yi)(yi)Fe一(yi)(yi)N系永(yong)(yong)(yong)磁(ci)合(he)(he)(he)金(jin)(jin),是(shi)以Sm2Fe17為基質(zhi)進行(xing)滲氮而得到的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)種綜合(he)(he)(he)性(xing)能優越的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)永(yong)(yong)(yong)磁(ci)體(ti)(ti),有(you)可(ke)能成為第四代新(xin)型(xing)永(yong)(yong)(yong)磁(ci)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)。
鐵(tie)(tie)能在(zai)高溫(wen)下吸收氫生(sheng)成(cheng)(cheng)固溶體(ti)。在(zai)溫(wen)度高于800℃時(shi)鐵(tie)(tie)能與少量(liang)氮反應(ying)(ying),但反應(ying)(ying)速度很慢(man),在(zai)溫(wen)度超(chao)過(guo)400℃時(shi)很容(rong)易與氨氣(qi)反應(ying)(ying),生(sheng)成(cheng)(cheng)Fe?N。這是鋼(gang)鐵(tie)(tie)表面氮化(hua)(hua)生(sheng)成(cheng)(cheng)硬保護膜(mo)層的反應(ying)(ying)原(yuan)(yuan)理。鐵(tie)(tie)容(rong)易和大多數非金屬在(zai)適當(dang)高溫(wen)下反應(ying)(ying)生(sheng)成(cheng)(cheng)二元(yuan)化(hua)(hua)合(he)物。鐵(tie)(tie)與氧(yang)(yang)的反應(ying)(ying)決定于反應(ying)(ying)條件,新(xin)還原(yuan)(yuan)出(chu)(chu)來的微細(xi)鐵(tie)(tie)粉在(zai)空氣(qi)中室溫(wen)下就(jiu)會自燃。塊狀鐵(tie)(tie)在(zai)溫(wen)度超(chao)過(guo)150℃時(shi)在(zai)干燥空氣(qi)中就(jiu)開始氧(yang)(yang)化(hua)(hua),在(zai)過(guo)量(liang)氧(yang)(yang)氣(qi)中生(sheng)成(cheng)(cheng)的主要產物是Fe?O?和Fe?O?,高于575℃和低(di)(di)氧(yang)(yang)空氣(qi)中則(ze)主要氧(yang)(yang)化(hua)(hua)產物為FeO。鐵(tie)(tie)與硫或磷反應(ying)(ying)時(shi)放出(chu)(chu)大量(liang)熱,分(fen)別生(sheng)成(cheng)(cheng)FeS和Fe?P。鹵素則(ze)可在(zai)較低(di)(di)溫(wen)度(-200℃)與鐵(tie)(tie)反應(ying)(ying),氟、氯(lv)和溴(xiu)與鐵(tie)(tie)反應(ying)(ying)生(sheng)成(cheng)(cheng)Fe(Ⅲ)化(hua)(hua)合(he)物FeX?,而(er)碘(dian)則(ze)只生(sheng)成(cheng)(cheng)Fe(Ⅰ)化(hua)(hua)合(he)物FeI?。
以(yi)上電勢表(biao)明,單質(zhi)鐵(tie)在酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)性溶(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)是(shi)(shi)一種(zhong)還原劑,而在堿(jian)性溶(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)則是(shi)(shi)一種(zhong)更強的(de)(de)(de)還原劑。依照鐵(tie)的(de)(de)(de)電勢在電位(wei)序(xu)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)位(wei)置(zhi)。可以(yi)從稀(xi)酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)水溶(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)置(zhi)換(huan)出氫(qing)(qing)氣,能(neng)(neng)從銅(tong)(Ⅱ)鹽(yan)(yan)(yan)溶(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)置(zhi)換(huan)銅(tong),本身則轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)成鐵(tie)(Ⅱ)鹽(yan)(yan)(yan)。當(dang)用普通(tong)鐵(tie)與(yu)(yu)稀(xi)硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)或鹽(yan)(yan)(yan)酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)反應時,放(fang)出的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)氣有一種(zhong)極特別的(de)(de)(de)氣味(wei),這是(shi)(shi)由于氫(qing)(qing)氣中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)夾雜(za)了鐵(tie)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)雜(za)質(zhi)元(yuan)素(如碳、硫、磷、砷等)的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)化(hua)(hua)(hua)物(wu)所(suo)致。氧(yang)化(hua)(hua)(hua)性酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan),如硝酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)、冷稀(xi)酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)仍可與(yu)(yu)鐵(tie)生成鐵(tie)(Ⅱ)鹽(yan)(yan)(yan),但(dan)熱濃酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)只能(neng)(neng)生成鐵(tie)(Ⅲ)鹽(yan)(yan)(yan)。當(dang)鐵(tie)與(yu)(yu)濃硝酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)短(duan)時間接觸后(hou),便表(biao)現有抗御與(yu)(yu)硝酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)進一步反應的(de)(de)(de)作用,稱為(wei)表(biao)面鈍(dun)化(hua)(hua)(hua),不再能(neng)(neng)溶(rong)于稀(xi)硝酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan),也(ye)不再能(neng)(neng)從銅(tong)(Ⅱ)鹽(yan)(yan)(yan)溶(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)置(zhi)換(huan)銅(tong),但(dan)它能(neng)(neng)溶(rong)于還原性酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan),如稀(xi)鹽(yan)(yan)(yan)酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)。這種(zhong)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)作用是(shi)(shi)由于在鐵(tie)表(biao)面上生成了一層氧(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu)保護膜。用其它氧(yang)化(hua)(hua)(hua)劑,如鉻(ge)(Ⅵ)酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)也(ye)可以(yi)使鐵(tie)表(biao)面鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)。
鐵(tie)在高于(yu)500℃時(shi)可以快速地同水蒸(zheng)氣(qi)反應(ying)放出氫氣(qi),溫度(du)低(di)于(yu)570℃時(shi)生成(cheng)(cheng)的氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物是Fe3O4,而高于(yu)此溫度(du)時(shi)生成(cheng)(cheng)的氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物是FeO。二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)(tan)也可以同樣地與鐵(tie)反應(ying)生成(cheng)(cheng)這兩(liang)種氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物(決定于(yu)溫度(du)條件),同時(shi)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)(tan)被(bei)還原成(cheng)(cheng)一(yi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)(tan)。鐵(tie)粉在100一(yi)200℃與200atm的一(yi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)(tan)反應(ying)生成(cheng)(cheng)揮發性的劇毒化(hua)(hua)合(he)物五(wu)羰(tang)合(he)鐵(tie)Fe(CO)5。
鐵(tie)的(de)(de)銹(xiu)(xiu)(xiu)蝕(shi)(shi)(shi)是(shi)鐵(tie)與空(kong)氣(qi)(qi)和(he)水(shui)(shui)發(fa)(fa)生(sheng)作用生(sheng)成水(shui)(shui)合氧(yang)化(hua)物(wu)的(de)(de)過程(cheng)。這是(shi)一個特殊的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)問題,因為有重(zhong)大(da)的(de)(de)經濟重(zhong)要(yao)性而受到重(zhong)視(shi)。鐵(tie)在(zai)室溫下的(de)(de)銹(xiu)(xiu)(xiu)蝕(shi)(shi)(shi)現象與水(shui)(shui)、氧(yang)氣(qi)(qi)和(he)一種電解質的(de)(de)存在(zai)是(shi)不可(ke)少的(de)(de)。二氧(yang)化(hua)碳(tan)對鐵(tie)的(de)(de)銹(xiu)(xiu)(xiu)蝕(shi)(shi)(shi)影(ying)響不大(da),高濃度(du)的(de)(de)二氧(yang)化(hua)碳(tan)氣(qi)(qi)氛(fen)其實對鐵(tie)還(huan)有表(biao)(biao)面保護作用。鐵(tie)完全浸泡在(zai)表(biao)(biao)面上(shang)有空(kong)氣(qi)(qi)的(de)(de)淡水(shui)(shui)或鹽水(shui)(shui)中(zhong)會(hui)(hui)(hui)發(fa)(fa)生(sheng)緩慢(man)的(de)(de)銹(xiu)(xiu)(xiu)蝕(shi)(shi)(shi)作用,但如果(guo)此鐵(tie)是(shi)部分(fen)浸沒的(de)(de),在(zai)鐵(tie)一水(shui)(shui)交界(jie)面上(shang)的(de)(de)氧(yang)氣(qi)(qi)會(hui)(hui)(hui)迅(xun)速得到補充,便會(hui)(hui)(hui)發(fa)(fa)生(sheng)快速的(de)(de)銹(xiu)(xiu)(xiu)蝕(shi)(shi)(shi)。在(zai)空(kong)氣(qi)(qi)中(zhong),如果(guo)濕度(du)達(da)到50(水(shui)(shui)蒸氣(qi)(qi)分(fen)壓約為6mmHg),鐵(tie)件會(hui)(hui)(hui)開始發(fa)(fa)生(sheng)銹(xiu)(xiu)(xiu)蝕(shi)(shi)(shi);如果(guo)濕度(du)達(da)到80%,則鐵(tie)件會(hui)(hui)(hui)發(fa)(fa)生(sheng)嚴重(zhong)的(de)(de)銹(xiu)(xiu)(xiu)蝕(shi)(shi)(shi)。
此(ci)時溶(rong)液中的Fe2?和(he)OH?在氧(yang)氣的作用下(xia)便生成(cheng)了黃(huang)棕色的水合(he)氧(yang)化鐵(Ⅲ)沉淀物(wu)鐵銹。
大氣(qi)銹(xiu)(xiu)蝕(shi)速(su)度(du)會因(yin)(yin)塵(chen)(chen)埃粒(li)子和(he)(he)二(er)氧化(hua)硫(liu)的(de)存在(zai)而大大被加速(su)。在(zai)濱海(hai)地區(qu),空(kong)氣(qi)塵(chen)(chen)埃中(zhong)含(han)有(you)鹽(yan)(yan)分(fen),如果沒有(you)其它(ta)促銹(xiu)(xiu)因(yin)(yin)素的(de)話(hua),銹(xiu)(xiu)蝕(shi)速(su)度(du)將(jiang)隨距(ju)(ju)海(hai)的(de)距(ju)(ju)離而變(bian),距(ju)(ju)海(hai)越(yue)遠銹(xiu)(xiu)蝕(shi)速(su)度(du)越(yue)慢。在(zai)城區(qu)和(he)(he)工業區(qu),空(kong)氣(qi)中(zhong)的(de)二(er)氧化(hua)硫(liu)將(jiang)是(shi)促銹(xiu)(xiu)的(de)主要(yao)因(yin)(yin)素。在(zai)空(kong)氣(qi)和(he)(he)水的(de)作(zuo)用下,二(er)氧化(hua)硫(liu)轉化(hua)成硫(liu)酸(suan)(suan)(suan),硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)將(jiang)侵蝕(shi)鐵(tie)制器件(jian)。當鐵(tie)或(huo)(huo)(huo)鋼的(de)表面上(shang)出現(xian)了硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)鐵(tie)(Ⅱ)之后(hou),在(zai)潮濕空(kong)氣(qi)中(zhong),即使不(bu)再有(you)二(er)氧化(hua)硫(liu),銹(xiu)(xiu)蝕(shi)過程就繼(ji)續進行。防(fang)止鐵(tie)器銹(xiu)(xiu)蝕(shi)的(de)方法之一是(shi)在(zai)表面涂(tu)(tu)刷(shua)阻銹(xiu)(xiu)劑,如氫氧化(hua)鈉(na)(na)、磷(lin)酸(suan)(suan)(suan)鈉(na)(na)或(huo)(huo)(huo)鉻酸(suan)(suan)(suan)鉀溶(rong)液(ye)。還有(you)一種“磷(lin)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)化(hua)處理”,是(shi)將(jiang)鐵(tie)器浸置在(zai)磷(lin)酸(suan)(suan)(suan)錳(Ⅱ)或(huo)(huo)(huo)磷(lin)酸(suan)(suan)(suan)鋅(xin)(Ⅱ)溶(rong)液(ye)中(zhong),使鐵(tie)表面上(shang)生成一層磷(lin)酸(suan)(suan)(suan)鐵(tie)(Ⅱ)蓋層。還有(you)一種防(fang)銹(xiu)(xiu)辦(ban)法是(shi)在(zai)鐵(tie)表面上(shang)遮鍍(du)一層其它(ta)金屬,如鍍(du)鋅(xin)鐵(tie)(白鐵(tie))、鍍(du)錫鐵(tie)(馬口鐵(tie))等。涂(tu)(tu)刷(shua)紅鉛漆(qi)或(huo)(huo)(huo)油漆(qi)也是(shi)常(chang)用的(de)防(fang)銹(xiu)(xiu)辦(ban)法。
純(chun)鐵(tie)(tie)(tie)可用(yong)氫(qing)還(huan)原純(chun)氧化(hua)鐵(tie)(tie)(tie)或氫(qing)氧化(hua)鐵(tie)(tie)(tie)來制備。例(li)如將(jiang)氫(qing)氧化(hua)鐵(tie)(tie)(tie)在純(chun)氫(qing)氣(qi)流中加熱,并將(jiang)溫度從400℃升高至(zhi)700℃直到(dao)還(huan)原過程完成。還(huan)原鐵(tie)(tie)(tie)冷(leng)卻后吸(xi)收的氫(qing)量可以忽略不計,在低(di)溫(360一530℃)下還(huan)原氧化(hua)物所得純(chun)鐵(tie)(tie)(tie)是粉末(mo)狀固體,遇空氣(qi)會著火。
將五羰合鐵Fe(CO)5氣化并在250℃左右(you)使之分解可(ke)得到不含任何雜質的(de)微細粉(fen)末狀純鐵,將這種純鐵在高(gao)真空下煅燒可(ke)以(yi)除去殘(can)留在鐵中的(de)痕量碳和(he)氧,以(yi)一氧化碳的(de)形式(shi)被除去。
單質鐵的制備(bei)一(yi)般采用(yong)冶煉法(fa)。以赤鐵礦(Fe2O3)或磁鐵礦(Fe3O4)為原料,與(yu)焦炭(tan)和(he)助(zhu)溶劑(ji)在熔礦爐內(nei)(nei)反應,焦炭(tan)燃燒(shao)產生(sheng)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)(tan)(CO2),二(er)氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)(tan)與(yu)過量(liang)的焦炭(tan)接觸就(jiu)(jiu)生(sheng)成一(yi)氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)(tan)(CO),一(yi)氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)(tan)和(he)礦石內(nei)(nei)的氧(yang)(yang)化(hua)鐵作用(yong)就(jiu)(jiu)生(sheng)成金屬鐵。加入CaCO3在高溫(wen)下(xia)生(sheng)成CaO除去鐵礦石中的SiO2,生(sheng)成CaSiO3(爐渣(zha))。
步驟 方程式
造氣
(提供熱量)
(產生CO)
煉鐵
(赤鐵礦煉鐵)
(磁鐵礦煉鐵)
造渣
實驗室制備
實驗(yan)室通常用一氧化(hua)碳還(huan)原氧化(hua)鐵(tie)制備少量單質鐵(tie)。
鐵(tie)(tie)用(yong)于(yu)農藥(yao)、粉(fen)末(mo)冶金(jin)、熱(re)氫(qing)發(fa)生(sheng)器、凝膠推進劑、燃燒活性劑、催化劑、水清(qing)潔吸(xi)附劑、燒結活性劑、粉(fen)末(mo)冶金(jin)制品(pin)、各種機械零(ling)部件制品(pin)、硬質合金(jin)材料(liao)制品(pin)等(deng)。純鐵(tie)(tie)用(yong)于(yu)制發(fa)電機和電動機的(de)鐵(tie)(tie)芯,還原鐵(tie)(tie)粉(fen)用(yong)于(yu)粉(fen)末(mo)冶金(jin),鋼鐵(tie)(tie)用(yong)于(yu)制造(zao)機器和工具。此(ci)外(wai),鐵(tie)(tie)及其化合物還用(yong)于(yu)制磁鐵(tie)(tie)、藥(yao)物、墨水、顏料(liao)、磨料(liao)等(deng)。
鐵(tie)的最重(zhong)要(yao)用(yong)途是冶煉鋼(gang)和合(he)(he)金(jin),少部(bu)分的鐵(tie)以鑄鐵(tie)和生鐵(tie)的形式應用(yong)。鐵(tie)是特(te)種(zhong)合(he)(he)金(jin)鋼(gang)的重(zhong)要(yao)組成部(bu)分,特(te)種(zhong)合(he)(he)金(jin)鋼(gang)材料的鐵(tie)含量有(you)時(shi)低于50%,其它組成物有(you)鉻、鎳(nie)、鈷(gu)等(deng)。在(zai)某些(xie)鎳(nie)基合(he)(he)金(jin)和鈷(gu)基合(he)(he)金(jin)中(zhong)鐵(tie)僅為(wei)低含量組成物,有(you)時(shi)低于10%。
鐵有(you)一些少數(shu)化(hua)合物(wu)(wu)可作為(wei)人的(de)內(nei)服(fu)(fu)藥(yao)物(wu)(wu),例如硫酸亞鐵曾(ceng)用(yong)為(wei)兒童(tong)缺鐵性貧血(xue)的(de)治療(liao)藥(yao)劑,但也有(you)報道說(shuo)有(you)兒童(tong)誤(wu)服(fu)(fu)大量硫酸亞鐵而(er)導致死亡的(de)事(shi)例。誤(wu)服(fu)(fu)有(you)毒鐵化(hua)合物(wu)(wu)的(de)治療(liao)一般為(wei)內(nei)服(fu)(fu)碳酸氫鈉(小蘇打)水(shui)溶液和致嘔吐藥(yao)劑。
鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)是地(di)殼(ke)中(zhong)第四個(ge)(ge)豐度最大的(de)(de)(de)元素,人們認為(wei)(wei)地(di)球(qiu)的(de)(de)(de)核心主要是由(you)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)構成的(de)(de)(de)。在(zai)地(di)殼(ke)中(zhong)存在(zai)的(de)(de)(de)單(dan)質(zhi)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)是極為(wei)(wei)少見的(de)(de)(de),但廣泛以(yi)化(hua)(hua)合態出現(xian)(xian),許多礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)由(you)于含(han)有(you)(you)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)化(hua)(hua)合物(wu)而呈現(xian)(xian)特有(you)(you)的(de)(de)(de)顏(yan)色。鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)的(de)(de)(de)最重(zhong)要礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)是氧化(hua)(hua)物(wu)和碳酸(suan)鹽(yan)。鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)含(han)量(liang)最高的(de)(de)(de)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)是磁(ci)(ci)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(Fe3O4),磁(ci)(ci)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)是一(yi)(yi)種(zhong)黑(hei)色有(you)(you)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)磁(ci)(ci)性的(de)(de)(de)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu),磁(ci)(ci)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)的(de)(de)(de)一(yi)(yi)個(ge)(ge)變種(zhong)稱為(wei)(wei)“羅底石(shi)”(Lodestone)。赤鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(Fe2O3)為(wei)(wei)紅(hong)棕(zong)色礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu),含(han)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)量(liang)最高可達70%。褐鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)是氧化(hua)(hua)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(Ⅲ)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)的(de)(de)(de)一(yi)(yi)個(ge)(ge)變種(zhong),褐鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)含(han)有(you)(you)可變量(liang)的(de)(de)(de)水,但其近似組成往往是2Fe2O3?3H2O。碳酸(suan)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)FeCO3。出現(xian)(xian)為(wei)(wei)菱(ling)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang),碳酸(suan)鹽(yan)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)往往與黏(nian)土和煤共生(sheng),稱為(wei)(wei)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)石(shi)。黃鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(FeS2)是一(yi)(yi)種(zhong)常見的(de)(de)(de)脈石(shi)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu),但黃鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)不直接用為(wei)(wei)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang),因為(wei)(wei)黃鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)有(you)(you)很高含(han)量(liang)的(de)(de)(de)硫而被看成是一(yi)(yi)種(zhong)重(zhong)要的(de)(de)(de)非金屬化(hua)(hua)工原料礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)。在(zai)自然界(jie)中(zhong)還存在(zai)有(you)(you)多種(zhong)多樣的(de)(de)(de)硅酸(suan)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)。
(1)侵占土地城(cheng)市生活垃圾如(ru)不能得到(dao)及時處理(li)和處置,將(jiang)會占用農(nong)田,破壞農(nong)業(ye)生產,以及地貌(mao)、植被、自然景觀(guan)等。
(2)廢(fei)鐵(tie)的(de)堆積(ji),產生銹味(wei),嚴重(zhong)影響(xiang)了空氣質量。
鐵本身(shen)不具有毒性(xing),但(dan)當攝入過量或誤服過量的鐵制(zhi)劑(ji)時也可能導致鐵中(zhong)毒。
短(duan)期暴露:吸入鐵粉(fen)或氧(yang)化鐵煙粉(fen)塵(chen)刺激呼(hu)吸道,引起咽喉發(fa)炎、咳嗽、呼(hu)吸短(duan)促、乏力、疲勞、寒(han)戰(zhan)、出汗、肌肉和關(guan)節疼痛;皮膚接(jie)觸(chu)熱金屬會灼(zhuo)傷(shang),眼睛接(jie)觸(chu)粉(fen)塵(chen)可(ke)導致發(fa)炎和灼(zhuo)傷(shang);食入可(ke)導致昏睡、呆滯、心跳和呼(hu)吸加速、休克、吐血、腹瀉;
長期(qi)暴露:吸(xi)入(ru)過(guo)量會導致肺(fei)、脾、淋巴系統產生鐵(tie)積沉;吸(xi)入(ru)粉(fen)塵導致肺(fei)部(bu)產生色斑(ban)。
鐵及其氧化物的(de)(de)蒸汽和煙氣會(hui)對人產生一(yi)種非致(zhi)命性(xing)的(de)(de)刺激與病痛,稱為金屬煙熱癥。但鐵的(de)(de)化合(he)物羰(tang)基(ji)鐵Fe(CO)5卻是極(ji)毒的(de)(de),羰(tang)基(ji)鐵遇熱或在陽光照射下分解產生一(yi)氧化碳(tan)。
鐵(tie)(tie)(tie)(tie)是(shi)動(dong)物(wu)身體(ti)(ti)組織和(he)血液(ye)的(de)極重要的(de)組成(cheng)物(wu)。鐵(tie)(tie)(tie)(tie)是(shi)人(ren)(ren)(ren)體(ti)(ti)中(zhong)必(bi)需的(de)痕量(liang)元(yuan)素中(zhong)含量(liang)最高的(de)一(yi)(yi)個,約(yue)占人(ren)(ren)(ren)體(ti)(ti)總(zong)重量(liang)的(de)0.006%。鐵(tie)(tie)(tie)(tie)在(zai)人(ren)(ren)(ren)體(ti)(ti)內主(zhu)要分(fen)(fen)布于血紅(hong)細胞中(zhong),約(yue)占人(ren)(ren)(ren)體(ti)(ti)總(zong)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)量(liang)的(de)60%一(yi)(yi)70%。在(zai)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)蛋(dan)白和(he)肌紅(hong)蛋(dan)白中(zhong),鐵(tie)(tie)(tie)(tie)則分(fen)(fen)別約(yue)占人(ren)(ren)(ren)體(ti)(ti)總(zong)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)量(liang)的(de)7%—15%和(he)3%—5%。鐵(tie)(tie)(tie)(tie)不僅是(shi)人(ren)(ren)(ren)體(ti)(ti)血液(ye)中(zhong)交換與輸送(song)氧氣所必(bi)需的(de),而(er)且又是(shi)某(mou)些(xie)酶(mei)(如過氧化(hua)(hua)(hua)氫(qing)酶(mei)、過氧化(hua)(hua)(hua)物(wu)酶(mei)、苯丙氨酸(suan)羥化(hua)(hua)(hua)酶(mei)等)和(he)許多氧化(hua)(hua)(hua)還原體(ti)(ti)系所不可缺少的(de)元(yuan)素,在(zai)生(sheng)物(wu)催化(hua)(hua)(hua)、在(zai)呼吸(xi)鏈上傳遞電(dian)子等方面都起著重要的(de)作用。
血(xue)紅蛋(dan)白是由一種稱為珠(zhu)朊(ruan)的(de)(de)蛋(dan)白和含(han)鐵(tie)的(de)(de)亞鐵(tie)血(xue)紅素結合(he)(he)在一起組(zu)成(cheng)(cheng)的(de)(de),亞鐵(tie)血(xue)紅素是卟(bu)啉(lin)的(de)(de)鐵(tie)(Ⅱ)絡合(he)(he)物,在其中鐵(tie)(Ⅱ)原子的(de)(de)配(pei)位(wei)(wei)(wei)數為6。鐵(tie)(Ⅱ)與卟(bu)啉(lin)平面上的(de)(de)四個吡(bi)咯環氮(dan)原子相聯(lian)結,并(bing)與珠(zhu)朊(ruan)上組(zu)氨酸的(de)(de)咪唑氮(dan)在垂直于卟(bu)啉(lin)平面的(de)(de)方向上聯(lian)結,第六個位(wei)(wei)(wei)置(zhi)則可(ke)能(neng)被一個水(shui)分子所占據。這(zhe)個結構允(yun)許在此第六個配(pei)位(wei)(wei)(wei)位(wei)(wei)(wei)置(zhi)上可(ke)逆(ni)地吸放分子氧(yang),使紅血(xue)球得以把氧(yang)分子輸載到身體的(de)(de)各部分,這(zhe)是動物呼吸作用的(de)(de)機理(li)。血(xue)紅蛋(dan)白對一氧(yang)化(hua)碳(tan)的(de)(de)親(qin)(qin)合(he)(he)作用大于對氧(yang)分子的(de)(de)親(qin)(qin)合(he)(he)作用,生成(cheng)(cheng)碳(tan)氧(yang)血(xue)紅蛋(dan)白的(de)(de)過(guo)程是不(bu)可(ke)逆(ni)的(de)(de),這(zhe)就導致了一氧(yang)化(hua)碳(tan)的(de)(de)劇(ju)毒性。
放入(ru)緊封的(de)儲藏器(qi)內,儲存于(yu)陰涼(liang)、干燥的(de)庫房。
一(yi)般是鐵水運輸方(fang)式。
1.魚(yu)雷(lei)罐標準鐵(tie)(tie)(tie)路運輸方式魚(yu)雷(lei)罐具有容量大(da)、保溫(wen)性能(neng)好、重心低、安全性高等特點,可作(zuo)(zuo)為鐵(tie)(tie)(tie)鋼界面間的緩沖環節,對煉(lian)鐵(tie)(tie)(tie)和煉(lian)鋼起著銜(xian)接(jie)、匹配、協調、緩沖的作(zuo)(zuo)用(yong),在大(da)型鋼鐵(tie)(tie)(tie)企業中得(de)到廣泛應(ying)用(yong)。
2.鐵(tie)(tie)水(shui)(shui)罐(guan)(guan)運輸(shu)(shu)方(fang)式該方(fang)式采(cai)用(yong)(yong)鐵(tie)(tie)水(shui)(shui)罐(guan)(guan)作為鐵(tie)(tie)水(shui)(shui)從高爐(lu)到煉鋼(gang)的運輸(shu)(shu)和儲(chu)存(cun)容器,從高爐(lu)出鐵(tie)(tie)場(chang)受(shou)鐵(tie)(tie)開(kai)始至(zhi)煉鋼(gang)鐵(tie)(tie)水(shui)(shui)兌入轉爐(lu)終止,全(quan)過程采(cai)用(yong)(yong)一個鐵(tie)(tie)水(shui)(shui)罐(guan)(guan),減少了魚雷罐(guan)(guan)運輸(shu)(shu)流程中的鐵(tie)(tie)水(shui)(shui)倒罐(guan)(guan)環節。