鐵(Ferrum)是一種金(jin)屬元素,原子(zi)序數為26,位于(yu)周(zhou)期表(biao)第(di)四(si)周(zhou)期,第(di)VIII族(zu)。
純鐵是銀白色有(you)光澤的金屬,密度7.86g/cm3,熔點1539℃。鐵除了(le)有(you)導電性(xing)(xing)、導熱性(xing)(xing)、延展(zhan)性(xing)(xing)外(wai),還能被磁(ci)鐵吸引,具有(you)鐵磁(ci)性(xing)(xing)。
鐵(tie)(tie)(tie)(tie)的(de)重要化合物有三(san)氧(yang)化二鐵(tie)(tie)(tie)(tie)、四氧(yang)化三(san)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)、氯化鐵(tie)(tie)(tie)(tie)及鐵(tie)(tie)(tie)(tie)的(de)配合物等(deng)。自(zi)然界(jie)中主要礦(kuang)(kuang)物是赤(chi)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(主要是三(san)氧(yang)化二鐵(tie)(tie)(tie)(tie)),磁鐵(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(主要是四氧(yang)化三(san)鐵(tie)(tie)(tie)(tie))和菱鐵(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(主要是碳(tan)酸亞鐵(tie)(tie)(tie)(tie))等(deng)。工(gong)業上用鐵(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)、焦炭(tan)和石灰石混合在高(gao)爐中冶煉而得,根據含(han)碳(tan)量不同可分為生(sheng)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)、熟鐵(tie)(tie)(tie)(tie)和鋼(gang)。
古(gu)代(dai)社(she)會鐵(tie)(tie)(tie)器(qi)時代(dai)大約(yue)起始于(yu)前2000年(nian),但(dan)最(zui)早(zao)發現(xian)和使(shi)用(yong)的(de)(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)(tie)是(shi)(shi)來自外空的(de)(de)(de)(de)隕(yun)(yun)鐵(tie)(tie)(tie)。隕(yun)(yun)鐵(tie)(tie)(tie)是(shi)(shi)鐵(tie)(tie)(tie)和鎳、鈷等(deng)金(jin)屬(shu)的(de)(de)(de)(de)混合物、含(han)鐵(tie)(tie)(tie)量較(jiao)高。在(zai)(zai)埃(ai)及(ji)、西(xi)南亞等(deng)地(di)一(yi)些文明(ming)古(gu)國(guo)所(suo)發現(xian)的(de)(de)(de)(de)最(zui)早(zao)的(de)(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)(tie)器(qi),都(dou)是(shi)(shi)由隕(yun)(yun)鐵(tie)(tie)(tie)加工而(er)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)。1972年(nian)中(zhong)國(guo)河北省藁城(cheng)縣臺西(xi)村出土了一(yi)把商代(dai)鐵(tie)(tie)(tie)刃青(qing)銅鉞,制造年(nian)代(dai)約(yue)在(zai)(zai)前14世(shi)紀。在(zai)(zai)青(qing)銅鉞上嵌的(de)(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)(tie)刃,是(shi)(shi)將隕(yun)(yun)鐵(tie)(tie)(tie)經加熱(re)鍛打(da)后,和鉞體(ti)嵌鍛在(zai)(zai)一(yi)起的(de)(de)(de)(de)。中(zhong)國(guo)還(huan)曾出土過(guo)類似的(de)(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)(tie)刃銅鉞和鐵(tie)(tie)(tie)援銅戈各一(yi)件,年(nian)代(dai)相當(dang)于(yu)商末周初,鐵(tie)(tie)(tie)的(de)(de)(de)(de)部分也是(shi)(shi)由隕(yun)(yun)鐵(tie)(tie)(tie)加工成(cheng)的(de)(de)(de)(de)。古(gu)埃(ai)及(ji)人(ren)把鐵(tie)(tie)(tie)叫做“天石(shi)(shi)(shi)”,可見(jian)人(ren)類最(zui)早(zao)認識鐵(tie)(tie)(tie)是(shi)(shi)從隕(yun)(yun)石(shi)(shi)(shi)開(kai)始的(de)(de)(de)(de)。天外來的(de)(de)(de)(de)隕(yun)(yun)石(shi)(shi)(shi)數(shu)量很少(shao),因此用(yong)隕(yun)(yun)石(shi)(shi)(shi)制作(zuo)的(de)(de)(de)(de)器(qi)具當(dang)然稀少(shao)而(er)珍貴,同(tong)時還(huan)帶有(you)神秘的(de)(de)(de)(de)色彩(cai)。用(yong)隕(yun)(yun)石(shi)(shi)(shi)作(zuo)工具是(shi)(shi)很少(shao)的(de)(de)(de)(de),所(suo)以(yi)對生產進(jin)步(bu)沒有(you)什么(me)明(ming)顯影響,但(dan)通過(guo)隕(yun)(yun)石(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)利(li)用(yong),畢竟使(shi)人(ren)類最(zui)早(zao)接觸并認識到(dao)鐵(tie)(tie)(tie)。
冶鐵(tie)(tie)(tie)技術(shu)(shu)(shu)發(fa)明于原(yuan)(yuan)始社會的(de)(de)末期。冶鐵(tie)(tie)(tie)技術(shu)(shu)(shu)的(de)(de)發(fa)明,代表(biao)冶金史(shi)的(de)(de)一(yi)個新(xin)階(jie)段的(de)(de)開始。居住在(zai)亞(ya)美尼亞(ya)山地的(de)(de)基茲(zi)溫(wen)達部(bu)落在(zai)前2000年時,就發(fa)明了一(yi)種煉鐵(tie)(tie)(tie)的(de)(de)有(you)效方法,后(hou)來逐步(bu)傳(chuan)開了。小(xiao)亞(ya)細亞(ya)的(de)(de)赫(he)梯(ti)人在(zai)前1400年左右也已(yi)掌握(wo)了冶鐵(tie)(tie)(tie)技術(shu)(shu)(shu);兩河流域北(bei)部(bu)的(de)(de)亞(ya)述人,在(zai)前1300年已(yi)進入鐵(tie)(tie)(tie)器時代。鐵(tie)(tie)(tie)制(zhi)工(gong)具(ju)(ju)(ju)的(de)(de)大(da)(da)量出現,社會生產(chan)(chan)(chan)(chan)力顯著提高,從而(er)對社會的(de)(de)發(fa)展產(chan)(chan)(chan)(chan)生巨大(da)(da)影響。有(you)些民族因此而(er)迅(xun)速(su)地由(you)(you)原(yuan)(yuan)始公社制(zhi)過渡(du)到奴隸(li)社會。古(gu)(gu)希臘(la)和古(gu)(gu)羅馬的(de)(de)奴隸(li)社會的(de)(de)產(chan)(chan)(chan)(chan)生,就是由(you)(you)于鐵(tie)(tie)(tie)制(zhi)工(gong)具(ju)(ju)(ju)的(de)(de)廣(guang)泛(fan)使用,促使生產(chan)(chan)(chan)(chan)力大(da)(da)大(da)(da)提高的(de)(de)結果。在(zai)古(gu)(gu)代中國、埃及等文明古(gu)(gu)國,則因有(you)適合農業耕作(zuo)的(de)(de)沖(chong)積平原(yuan)(yuan),有(you)便利的(de)(de)灌溉系統(tong),所以在(zai)擁有(you)青銅工(gong)具(ju)(ju)(ju)后(hou),便已(yi)進入奴隸(li)社會,而(er)一(yi)旦鐵(tie)(tie)(tie)制(zhi)工(gong)具(ju)(ju)(ju)逐步(bu)取代了青銅工(gong)具(ju)(ju)(ju),生產(chan)(chan)(chan)(chan)力獲得飛速(su)發(fa)展,生產(chan)(chan)(chan)(chan)關系進一(yi)步(bu)發(fa)生變(bian)化,社會便又前進一(yi)步(bu)向封建制(zhi)度(du)過渡(du)。
冶(ye)鐵技(ji)術(shu)和青(qing)銅冶(ye)煉(lian)技(ji)術(shu)一樣,首先是由于社會生(sheng)產發展的(de)(de)需要。青(qing)銅工具在生(sheng)產中的(de)(de)作用誘使人們(men)去(qu)尋(xun)找更多(duo)的(de)(de)金屬(shu)資源,但因銅礦分布不廣,錫、鉛(qian)礦更是稀少,人們(men)很自然(ran)地要去(qu)尋(xun)找新的(de)(de)金屬(shu)。另外,在當時已具備了冶(ye)鐵的(de)(de)物質和技(ji)術(shu)條件,特(te)別是許多(duo)民族已有(you)冶(ye)煉(lian)青(qing)銅的(de)(de)經驗(yan),發明冶(ye)鐵技(ji)術(shu)是很自然(ran)的(de)(de)。
早期(qi)的(de)(de)冶(ye)鐵(tie)(tie)(tie)技術(shu),大多采用“固體還(huan)原(yuan)法”,即(ji)冶(ye)鐵(tie)(tie)(tie)時,將(jiang)鐵(tie)(tie)(tie)礦石(shi)和木炭一(yi)(yi)層夾(jia)(jia)一(yi)(yi)層地碼放在(zai)爐(lu)(lu)窯中,點火(huo)焙燒,在(zai)650—1000℃溫度(du)下,利用碳(tan)的(de)(de)不(bu)(bu)(bu)完全燃燒,產生一(yi)(yi)氧化碳(tan),使鐵(tie)(tie)(tie)礦中的(de)(de)氧化鐵(tie)(tie)(tie)被(bei)還(huan)原(yuan)成(cheng)鐵(tie)(tie)(tie)。但由于溫度(du)不(bu)(bu)(bu)夠(gou)高,還(huan)原(yuan)出(chu)來的(de)(de)鐵(tie)(tie)(tie)以塊狀(zhuang)沉到爐(lu)(lu)底(di),人們只(zhi)能(neng)待鐵(tie)(tie)(tie)煉成(cheng)爐(lu)(lu)窯冷(leng)卻后將(jiang)鐵(tie)(tie)(tie)塊取出(chu)。這(zhe)種鐵(tie)(tie)(tie)實際上是(shi)海綿(mian)鐵(tie)(tie)(tie),表面粗(cu)糙,夾(jia)(jia)雜(za)渣滓(zi),不(bu)(bu)(bu)具有(you)明顯金屬特征,有(you)的(de)(de)其(qi)堅韌性還(huan)不(bu)(bu)(bu)如青(qing)銅(tong)(tong)。因(yin)此。中國古(gu)代人稱這(zhe)種鐵(tie)(tie)(tie)為“惡(e)金”。這(zhe)就造成(cheng)一(yi)(yi)種情況,盡管冶(ye)鐵(tie)(tie)(tie)技術(shu)的(de)(de)發明雖比青(qing)銅(tong)(tong)技術(shu)只(zhi)稍晚一(yi)(yi)些,但在(zai)有(you)發達的(de)(de)青(qing)銅(tong)(tong)冶(ye)煉業的(de)(de)民族那里,鐵(tie)(tie)(tie)器的(de)(de)廣泛使用卻常(chang)較使用青(qing)銅(tong)(tong)器推遲了(le)很多年。
在人們經(jing)過一段(duan)實(shi)踐摸索的(de)(de)認識(shi)過程(cheng)后,終于發現,將(jiang)煉出的(de)(de)鐵(tie)(tie)塊(kuai)反復(fu)加熱和(he)壓延錘打,才能(neng)使鐵(tie)(tie)柔韌(ren)不脆。人們還發現將(jiang)赤熱的(de)(de)鍛鐵(tie)(tie)猛(meng)淬入(ru)冷水,會變(bian)成堅韌(ren)的(de)(de)好鐵(tie)(tie)。這種好鐵(tie)(tie)的(de)(de)性能(neng)遠遠超越于青銅之(zhi)上。當人們能(neng)廣泛用這種鍛鐵(tie)(tie)制(zhi)造工(gong)具(ju)時,青銅工(gong)具(ju)才逐漸被(bei)鐵(tie)(tie)器取(qu)代。
鐵(tie)(tie)(tie)(tie)是(shi)(shi)一(yi)(yi)種銀白色頗軟的(de)(de)(de)金(jin)(jin)(jin)屬,有良好的(de)(de)(de)延展性(xing)(xing),鐵(tie)(tie)(tie)(tie)的(de)(de)(de)性(xing)(xing)質(zhi)會(hui)因摻雜(za)了痕量的(de)(de)(de)其(qi)它元素而發生變(bian)化。鐵(tie)(tie)(tie)(tie)的(de)(de)(de)磁(ci)(ci)性(xing)(xing)在極大程(cheng)度(du)上(shang)決定(ding)于(yu)所(suo)含的(de)(de)(de)雜(za)質(zhi),并且(qie)會(hui)因退火的(de)(de)(de)程(cheng)度(du)而變(bian)。鐵(tie)(tie)(tie)(tie)的(de)(de)(de)純(chun)度(du)越(yue)(yue)高磁(ci)(ci)導率越(yue)(yue)大,且(qie)降低了鐵(tie)(tie)(tie)(tie)的(de)(de)(de)滯后損失。以鐵(tie)(tie)(tie)(tie)和(he)鈷為基(ji)體(ti)的(de)(de)(de)鋼或合(he)金(jin)(jin)(jin)用于(yu)制(zhi)造永(yong)(yong)磁(ci)(ci)體(ti),常用鐵(tie)(tie)(tie)(tie)與其(qi)它鐵(tie)(tie)(tie)(tie)磁(ci)(ci)性(xing)(xing)金(jin)(jin)(jin)屬鈷和(he)鎳所(suo)制(zhi)的(de)(de)(de)合(he)金(jin)(jin)(jin),例如(ru)FeNi和(he)FeNi?都(dou)有很高的(de)(de)(de)磁(ci)(ci)導率。鐵(tie)(tie)(tie)(tie)一(yi)(yi)鈷一(yi)(yi)鎳系的(de)(de)(de)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)合(he)金(jin)(jin)(jin)和(he)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)氧(yang)體(ti)磁(ci)(ci)性(xing)(xing)材料屬于(yu)第(di)一(yi)(yi)代(dai)合(he)成的(de)(de)(de)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)體(ti)。近20年來(lai)發展的(de)(de)(de)第(di)二代(dai)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)合(he)金(jin)(jin)(jin)是(shi)(shi)稀土(tu)鈷系合(he)金(jin)(jin)(jin),如(ru)SmCo5和(he)Sm2Co17等,近10年來(lai)則發展了第(di)三代(dai)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)合(he)金(jin)(jin)(jin)Nd一(yi)(yi)Fe一(yi)(yi)B系合(he)金(jin)(jin)(jin)。近年又發展起來(lai)Sm一(yi)(yi)Fe一(yi)(yi)N系永(yong)(yong)磁(ci)(ci)合(he)金(jin)(jin)(jin),是(shi)(shi)以Sm2Fe17為基(ji)質(zhi)進行滲氮而得到的(de)(de)(de)一(yi)(yi)種綜合(he)性(xing)(xing)能優越(yue)(yue)的(de)(de)(de)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)體(ti),有可能成為第(di)四代(dai)新型(xing)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)合(he)金(jin)(jin)(jin)。
鐵能(neng)在(zai)高(gao)溫(wen)下(xia)(xia)吸收(shou)氫生(sheng)(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)固溶(rong)體(ti)。在(zai)溫(wen)度高(gao)于800℃時鐵能(neng)與少量(liang)(liang)氮反(fan)應,但反(fan)應速度很(hen)慢,在(zai)溫(wen)度超(chao)過400℃時很(hen)容易(yi)(yi)與氨氣(qi)(qi)反(fan)應,生(sheng)(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)Fe?N。這是(shi)鋼鐵表面氮化(hua)生(sheng)(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)硬保護(hu)膜層的(de)反(fan)應原理。鐵容易(yi)(yi)和(he)大多數非金屬在(zai)適當高(gao)溫(wen)下(xia)(xia)反(fan)應生(sheng)(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)二元化(hua)合物(wu)(wu)(wu)(wu)。鐵與氧的(de)反(fan)應決定于反(fan)應條件,新(xin)還原出來的(de)微細鐵粉在(zai)空氣(qi)(qi)中(zhong)室溫(wen)下(xia)(xia)就(jiu)會自燃(ran)。塊狀鐵在(zai)溫(wen)度超(chao)過150℃時在(zai)干(gan)燥空氣(qi)(qi)中(zhong)就(jiu)開始氧化(hua),在(zai)過量(liang)(liang)氧氣(qi)(qi)中(zhong)生(sheng)(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)的(de)主要(yao)(yao)產物(wu)(wu)(wu)(wu)是(shi)Fe?O?和(he)Fe?O?,高(gao)于575℃和(he)低(di)氧空氣(qi)(qi)中(zhong)則(ze)主要(yao)(yao)氧化(hua)產物(wu)(wu)(wu)(wu)為FeO。鐵與硫或磷(lin)反(fan)應時放(fang)出大量(liang)(liang)熱(re),分別生(sheng)(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)FeS和(he)Fe?P。鹵素則(ze)可(ke)在(zai)較低(di)溫(wen)度(-200℃)與鐵反(fan)應,氟、氯(lv)和(he)溴(xiu)與鐵反(fan)應生(sheng)(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)Fe(Ⅲ)化(hua)合物(wu)(wu)(wu)(wu)FeX?,而碘則(ze)只生(sheng)(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)Fe(Ⅰ)化(hua)合物(wu)(wu)(wu)(wu)FeI?。
以上(shang)電(dian)勢表明,單質鐵(tie)在(zai)(zai)酸性(xing)溶(rong)液(ye)(ye)中(zhong)(zhong)是一(yi)(yi)種還(huan)原劑,而(er)在(zai)(zai)堿性(xing)溶(rong)液(ye)(ye)中(zhong)(zhong)則是一(yi)(yi)種更強(qiang)的(de)(de)還(huan)原劑。依照(zhao)鐵(tie)的(de)(de)電(dian)勢在(zai)(zai)電(dian)位序中(zhong)(zhong)的(de)(de)位置。可以從(cong)稀(xi)酸水(shui)溶(rong)液(ye)(ye)中(zhong)(zhong)置換出(chu)氫氣,能(neng)從(cong)銅(tong)(Ⅱ)鹽(yan)溶(rong)液(ye)(ye)中(zhong)(zhong)置換銅(tong),本(ben)身則轉(zhuan)化(hua)(hua)成鐵(tie)(Ⅱ)鹽(yan)。當用(yong)普通鐵(tie)與稀(xi)硫(liu)酸或鹽(yan)酸反應(ying)時,放(fang)出(chu)的(de)(de)氫氣有(you)一(yi)(yi)種極(ji)特別的(de)(de)氣味(wei),這(zhe)是由于氫氣中(zhong)(zhong)夾雜了鐵(tie)中(zhong)(zhong)雜質元(yuan)素(如碳、硫(liu)、磷(lin)、砷等)的(de)(de)氫化(hua)(hua)物(wu)所致(zhi)。氧(yang)(yang)化(hua)(hua)性(xing)酸,如硝酸、冷稀(xi)酸仍可與鐵(tie)生成鐵(tie)(Ⅱ)鹽(yan),但(dan)熱濃酸只能(neng)生成鐵(tie)(Ⅲ)鹽(yan)。當鐵(tie)與濃硝酸短時間(jian)接觸后,便表現(xian)有(you)抗御與硝酸進(jin)一(yi)(yi)步反應(ying)的(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong),稱為(wei)表面(mian)鈍化(hua)(hua),不再(zai)能(neng)溶(rong)于稀(xi)硝酸,也(ye)(ye)不再(zai)能(neng)從(cong)銅(tong)(Ⅱ)鹽(yan)溶(rong)液(ye)(ye)中(zhong)(zhong)置換銅(tong),但(dan)它能(neng)溶(rong)于還(huan)原性(xing)酸,如稀(xi)鹽(yan)酸中(zhong)(zhong)。這(zhe)種鈍化(hua)(hua)作(zuo)(zuo)用(yong)是由于在(zai)(zai)鐵(tie)表面(mian)上(shang)生成了一(yi)(yi)層氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物(wu)保護膜。用(yong)其它氧(yang)(yang)化(hua)(hua)劑,如鉻(ge)(Ⅵ)酸也(ye)(ye)可以使鐵(tie)表面(mian)鈍化(hua)(hua)。
鐵(tie)在(zai)高于500℃時可以快速地同水蒸氣反應放(fang)出(chu)氫氣,溫度(du)低于570℃時生成(cheng)的(de)氧(yang)(yang)化(hua)物(wu)(wu)是Fe3O4,而(er)高于此溫度(du)時生成(cheng)的(de)氧(yang)(yang)化(hua)物(wu)(wu)是FeO。二氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)也可以同樣地與鐵(tie)反應生成(cheng)這兩種氧(yang)(yang)化(hua)物(wu)(wu)(決定(ding)于溫度(du)條件),同時二氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)被還(huan)原(yuan)成(cheng)一氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)。鐵(tie)粉在(zai)100一200℃與200atm的(de)一氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)反應生成(cheng)揮發性的(de)劇毒(du)化(hua)合物(wu)(wu)五羰合鐵(tie)Fe(CO)5。
鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)的(de)(de)(de)(de)(de)銹(xiu)蝕是(shi)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)與(yu)空(kong)氣和水(shui)(shui)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)作(zuo)用(yong)生(sheng)(sheng)成水(shui)(shui)合氧化物的(de)(de)(de)(de)(de)過(guo)程。這是(shi)一個特殊的(de)(de)(de)(de)(de)腐蝕問題,因為(wei)有重(zhong)大的(de)(de)(de)(de)(de)經濟重(zhong)要性(xing)而受到(dao)重(zhong)視。鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)在(zai)室溫下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)銹(xiu)蝕現象與(yu)水(shui)(shui)、氧氣和一種電解質的(de)(de)(de)(de)(de)存在(zai)是(shi)不可(ke)少的(de)(de)(de)(de)(de)。二氧化碳對鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)的(de)(de)(de)(de)(de)銹(xiu)蝕影響不大,高濃度的(de)(de)(de)(de)(de)二氧化碳氣氛其實對鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)還有表面保護作(zuo)用(yong)。鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)完(wan)全浸泡在(zai)表面上(shang)有空(kong)氣的(de)(de)(de)(de)(de)淡水(shui)(shui)或鹽(yan)水(shui)(shui)中會(hui)(hui)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)緩慢的(de)(de)(de)(de)(de)銹(xiu)蝕作(zuo)用(yong),但如果(guo)此鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)是(shi)部分(fen)浸沒的(de)(de)(de)(de)(de),在(zai)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)一水(shui)(shui)交界面上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)氧氣會(hui)(hui)迅速得到(dao)補充,便(bian)會(hui)(hui)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)快速的(de)(de)(de)(de)(de)銹(xiu)蝕。在(zai)空(kong)氣中,如果(guo)濕(shi)度達(da)(da)到(dao)50(水(shui)(shui)蒸氣分(fen)壓約(yue)為(wei)6mmHg),鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)件(jian)(jian)會(hui)(hui)開(kai)始發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)銹(xiu)蝕;如果(guo)濕(shi)度達(da)(da)到(dao)80%,則鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)件(jian)(jian)會(hui)(hui)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)嚴重(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)銹(xiu)蝕。
此時溶(rong)液中(zhong)的(de)Fe2?和(he)OH?在氧氣的(de)作用下便生成了黃棕色(se)的(de)水(shui)合(he)氧化鐵(Ⅲ)沉(chen)淀物鐵銹。
大(da)氣(qi)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)蝕速度會因(yin)塵埃(ai)粒子和二(er)氧化硫的(de)(de)存在而大(da)大(da)被加速。在濱海地(di)區(qu),空氣(qi)塵埃(ai)中含有(you)(you)鹽分,如果沒有(you)(you)其它(ta)促(cu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)因(yin)素的(de)(de)話,銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)蝕速度將(jiang)(jiang)隨距(ju)(ju)海的(de)(de)距(ju)(ju)離而變,距(ju)(ju)海越(yue)遠(yuan)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)蝕速度越(yue)慢。在城區(qu)和工業區(qu),空氣(qi)中的(de)(de)二(er)氧化硫將(jiang)(jiang)是(shi)(shi)促(cu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)的(de)(de)主要因(yin)素。在空氣(qi)和水的(de)(de)作用下,二(er)氧化硫轉化成(cheng)硫酸(suan)(suan)(suan)(suan),硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)將(jiang)(jiang)侵蝕鐵(tie)(tie)制(zhi)器件。當鐵(tie)(tie)或(huo)(huo)鋼的(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)上出現了(le)硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)鐵(tie)(tie)(Ⅱ)之(zhi)后,在潮濕(shi)空氣(qi)中,即使不再有(you)(you)二(er)氧化硫,銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)蝕過程就繼續進行。防(fang)止鐵(tie)(tie)器銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)蝕的(de)(de)方法(fa)之(zhi)一(yi)是(shi)(shi)在表(biao)面(mian)(mian)涂刷阻銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)劑(ji),如氫氧化鈉(na)、磷(lin)(lin)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鈉(na)或(huo)(huo)鉻酸(suan)(suan)(suan)(suan)鉀溶(rong)液(ye)。還有(you)(you)一(yi)種“磷(lin)(lin)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽化處(chu)理”,是(shi)(shi)將(jiang)(jiang)鐵(tie)(tie)器浸置在磷(lin)(lin)酸(suan)(suan)(suan)(suan)錳(Ⅱ)或(huo)(huo)磷(lin)(lin)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鋅(Ⅱ)溶(rong)液(ye)中,使鐵(tie)(tie)表(biao)面(mian)(mian)上生成(cheng)一(yi)層磷(lin)(lin)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鐵(tie)(tie)(Ⅱ)蓋層。還有(you)(you)一(yi)種防(fang)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)辦法(fa)是(shi)(shi)在鐵(tie)(tie)表(biao)面(mian)(mian)上遮鍍(du)一(yi)層其它(ta)金屬(shu),如鍍(du)鋅鐵(tie)(tie)(白鐵(tie)(tie))、鍍(du)錫鐵(tie)(tie)(馬口鐵(tie)(tie))等。涂刷紅(hong)鉛漆或(huo)(huo)油漆也是(shi)(shi)常用的(de)(de)防(fang)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)辦法(fa)。
純(chun)鐵(tie)(tie)可用氫(qing)還原(yuan)純(chun)氧(yang)化鐵(tie)(tie)或氫(qing)氧(yang)化鐵(tie)(tie)來制備。例如將氫(qing)氧(yang)化鐵(tie)(tie)在(zai)純(chun)氫(qing)氣(qi)流中加(jia)熱,并(bing)將溫(wen)度(du)從400℃升(sheng)高至700℃直到還原(yuan)過程完成。還原(yuan)鐵(tie)(tie)冷卻后吸收的氫(qing)量可以(yi)忽略不計,在(zai)低溫(wen)(360一530℃)下還原(yuan)氧(yang)化物所(suo)得純(chun)鐵(tie)(tie)是粉(fen)末狀(zhuang)固體,遇空氣(qi)會著火。
將五羰(tang)合鐵(tie)(tie)Fe(CO)5氣化并(bing)在250℃左右使之分(fen)解可得到不含任何雜質的微細粉末狀(zhuang)純鐵(tie)(tie),將這種純鐵(tie)(tie)在高真空下煅燒可以除去殘留(liu)在鐵(tie)(tie)中的痕量碳(tan)(tan)和氧,以一(yi)氧化碳(tan)(tan)的形式被除去。
單質鐵的(de)(de)(de)制備一般采用冶煉(lian)法(fa)。以赤鐵礦(kuang)(kuang)(Fe2O3)或(huo)磁鐵礦(kuang)(kuang)(Fe3O4)為原(yuan)料(liao),與焦炭和助(zhu)溶(rong)劑在熔礦(kuang)(kuang)爐內反應(ying),焦炭燃燒產生二氧化碳(tan)(CO2),二氧化碳(tan)與過量(liang)的(de)(de)(de)焦炭接觸就(jiu)生成(cheng)一氧化碳(tan)(CO),一氧化碳(tan)和礦(kuang)(kuang)石(shi)內的(de)(de)(de)氧化鐵作用就(jiu)生成(cheng)金屬鐵。加入CaCO3在高溫下生成(cheng)CaO除(chu)去鐵礦(kuang)(kuang)石(shi)中的(de)(de)(de)SiO2,生成(cheng)CaSiO3(爐渣)。
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(yi)氧化碳還原氧化鐵制備少量單質(zhi)鐵。
鐵(tie)(tie)用(yong)于(yu)農藥、粉末(mo)(mo)冶(ye)金、熱氫發生器、凝(ning)膠推進(jin)劑(ji)、燃燒(shao)活(huo)性劑(ji)、催化劑(ji)、水清(qing)潔吸(xi)附劑(ji)、燒(shao)結活(huo)性劑(ji)、粉末(mo)(mo)冶(ye)金制品、各種機械零部件制品、硬(ying)質合金材料制品等。純鐵(tie)(tie)用(yong)于(yu)制發電機和(he)電動機的鐵(tie)(tie)芯,還(huan)原鐵(tie)(tie)粉用(yong)于(yu)粉末(mo)(mo)冶(ye)金,鋼鐵(tie)(tie)用(yong)于(yu)制造(zao)機器和(he)工具。此外,鐵(tie)(tie)及其化合物(wu)還(huan)用(yong)于(yu)制磁鐵(tie)(tie)、藥物(wu)、墨水、顏料、磨料等。
鐵的(de)最重(zhong)要用途是冶(ye)煉(lian)鋼和合(he)金(jin)(jin)(jin),少部分的(de)鐵以鑄鐵和生鐵的(de)形式(shi)應用。鐵是特(te)種(zhong)合(he)金(jin)(jin)(jin)鋼的(de)重(zhong)要組(zu)成部分,特(te)種(zhong)合(he)金(jin)(jin)(jin)鋼材料的(de)鐵含(han)量有時低于50%,其它組(zu)成物有鉻、鎳、鈷(gu)等。在某些鎳基合(he)金(jin)(jin)(jin)和鈷(gu)基合(he)金(jin)(jin)(jin)中鐵僅為低含(han)量組(zu)成物,有時低于10%。
鐵(tie)有(you)一些少數化(hua)合(he)物可作為人的(de)(de)內服(fu)藥(yao)物,例(li)如(ru)硫(liu)酸(suan)亞鐵(tie)曾(ceng)用為兒童缺鐵(tie)性貧血的(de)(de)治療(liao)藥(yao)劑(ji),但(dan)也有(you)報道說有(you)兒童誤服(fu)大量硫(liu)酸(suan)亞鐵(tie)而導(dao)致(zhi)(zhi)死亡(wang)的(de)(de)事例(li)。誤服(fu)有(you)毒鐵(tie)化(hua)合(he)物的(de)(de)治療(liao)一般為內服(fu)碳酸(suan)氫鈉(小蘇打)水溶液和致(zhi)(zhi)嘔吐藥(yao)劑(ji)。
鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)是(shi)(shi)地殼(ke)(ke)中(zhong)第四(si)個(ge)(ge)豐度最大的(de)元(yuan)素,人們認(ren)為(wei)地球的(de)核心主要是(shi)(shi)由(you)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)構(gou)成的(de)。在(zai)地殼(ke)(ke)中(zhong)存在(zai)的(de)單質(zhi)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)是(shi)(shi)極為(wei)少見的(de),但廣泛以化合態出現(xian),許(xu)多(duo)(duo)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)(wu)(wu)由(you)于(yu)含(han)(han)有(you)(you)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)化合物(wu)(wu)(wu)而呈(cheng)現(xian)特有(you)(you)的(de)顏色(se)。鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)的(de)最重要礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)(wu)(wu)是(shi)(shi)氧化物(wu)(wu)(wu)和碳(tan)酸(suan)鹽。鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)含(han)(han)量最高(gao)的(de)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)(wu)(wu)是(shi)(shi)磁(ci)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(Fe3O4),磁(ci)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)是(shi)(shi)一(yi)(yi)種黑色(se)有(you)(you)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)磁(ci)性的(de)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)(wu)(wu),磁(ci)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)的(de)一(yi)(yi)個(ge)(ge)變種稱(cheng)為(wei)“羅底石(shi)”(Lodestone)。赤(chi)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(Fe2O3)為(wei)紅(hong)棕色(se)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)(wu)(wu),含(han)(han)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)量最高(gao)可(ke)(ke)達(da)70%。褐鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)是(shi)(shi)氧化鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(Ⅲ)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)(wu)(wu)的(de)一(yi)(yi)個(ge)(ge)變種,褐鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)含(han)(han)有(you)(you)可(ke)(ke)變量的(de)水(shui),但其(qi)近似組(zu)成往(wang)(wang)往(wang)(wang)是(shi)(shi)2Fe2O3?3H2O。碳(tan)酸(suan)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)FeCO3。出現(xian)為(wei)菱鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang),碳(tan)酸(suan)鹽礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)往(wang)(wang)往(wang)(wang)與黏(nian)土和煤共(gong)生,稱(cheng)為(wei)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)石(shi)。黃鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(FeS2)是(shi)(shi)一(yi)(yi)種常見的(de)脈石(shi)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)(wu)(wu),但黃鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)不直接用為(wei)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang),因為(wei)黃鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)有(you)(you)很(hen)高(gao)含(han)(han)量的(de)硫而被看成是(shi)(shi)一(yi)(yi)種重要的(de)非(fei)金屬化工原料礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)。在(zai)自然(ran)界中(zhong)還存在(zai)有(you)(you)多(duo)(duo)種多(duo)(duo)樣的(de)硅酸(suan)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)。
(1)侵(qin)占土地城(cheng)市生活垃圾如不能得到及時(shi)處理和處置,將會占用農田,破壞農業生產,以(yi)及地貌、植被、自然景觀等。
(2)廢鐵的堆(dui)積,產(chan)生銹(xiu)味,嚴(yan)重影響(xiang)了(le)空氣質量(liang)。
鐵本身(shen)不具有毒性(xing),但當攝入過量或(huo)誤服(fu)過量的(de)鐵制劑(ji)時也(ye)可能導(dao)致鐵中毒。
短期(qi)暴(bao)露:吸(xi)(xi)入鐵粉(fen)或氧化鐵煙粉(fen)塵刺激(ji)呼(hu)吸(xi)(xi)道(dao),引起咽喉發炎、咳嗽、呼(hu)吸(xi)(xi)短促、乏力、疲勞、寒戰(zhan)、出汗、肌(ji)肉(rou)和關節疼痛;皮(pi)膚接(jie)觸(chu)熱金屬會(hui)灼傷,眼睛接(jie)觸(chu)粉(fen)塵可導(dao)致(zhi)發炎和灼傷;食入可導(dao)致(zhi)昏(hun)睡、呆滯、心跳和呼(hu)吸(xi)(xi)加速(su)、休克、吐血、腹(fu)瀉;
長期(qi)暴(bao)露:吸(xi)入過量(liang)會導致肺、脾(pi)、淋巴系(xi)統產生(sheng)鐵(tie)積(ji)沉;吸(xi)入粉塵(chen)導致肺部產生(sheng)色斑。
鐵(tie)(tie)及其氧(yang)化(hua)物的(de)蒸汽和煙氣會對人產生一(yi)種非(fei)致命(ming)性(xing)的(de)刺激與病痛,稱為(wei)金屬煙熱癥(zheng)。但鐵(tie)(tie)的(de)化(hua)合物羰基鐵(tie)(tie)Fe(CO)5卻是極毒的(de),羰基鐵(tie)(tie)遇熱或在陽(yang)光(guang)照射下分(fen)解產生一(yi)氧(yang)化(hua)碳。
鐵(tie)(tie)是(shi)動物身(shen)體(ti)組(zu)織和血液(ye)的(de)(de)(de)極(ji)重要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)(de)組(zu)成物。鐵(tie)(tie)是(shi)人(ren)(ren)(ren)(ren)體(ti)中(zhong)(zhong)必需的(de)(de)(de)痕量(liang)元素中(zhong)(zhong)含量(liang)最高(gao)的(de)(de)(de)一個(ge),約占人(ren)(ren)(ren)(ren)體(ti)總(zong)重量(liang)的(de)(de)(de)0.006%。鐵(tie)(tie)在(zai)人(ren)(ren)(ren)(ren)體(ti)內主要(yao)(yao)(yao)分(fen)布于血紅細胞中(zhong)(zhong),約占人(ren)(ren)(ren)(ren)體(ti)總(zong)鐵(tie)(tie)量(liang)的(de)(de)(de)60%一70%。在(zai)鐵(tie)(tie)蛋白(bai)和肌紅蛋白(bai)中(zhong)(zhong),鐵(tie)(tie)則(ze)分(fen)別約占人(ren)(ren)(ren)(ren)體(ti)總(zong)鐵(tie)(tie)量(liang)的(de)(de)(de)7%—15%和3%—5%。鐵(tie)(tie)不僅是(shi)人(ren)(ren)(ren)(ren)體(ti)血液(ye)中(zhong)(zhong)交換與輸(shu)送氧(yang)氣所(suo)(suo)必需的(de)(de)(de),而(er)且又(you)是(shi)某些酶(如過(guo)氧(yang)化(hua)氫酶、過(guo)氧(yang)化(hua)物酶、苯(ben)丙氨酸(suan)羥化(hua)酶等)和許多氧(yang)化(hua)還原體(ti)系所(suo)(suo)不可缺少的(de)(de)(de)元素,在(zai)生物催(cui)化(hua)、在(zai)呼(hu)吸鏈上傳遞電子(zi)等方面都起著重要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)(de)作用(yong)。
血紅(hong)蛋(dan)白是(shi)由(you)一(yi)種稱為珠(zhu)朊的(de)蛋(dan)白和含鐵(tie)的(de)亞(ya)鐵(tie)血紅(hong)素結合(he)在一(yi)起組(zu)成(cheng)的(de),亞(ya)鐵(tie)血紅(hong)素是(shi)卟啉的(de)鐵(tie)(Ⅱ)絡(luo)合(he)物(wu),在其中(zhong)鐵(tie)(Ⅱ)原(yuan)子的(de)配位(wei)數(shu)為6。鐵(tie)(Ⅱ)與卟啉平面(mian)上的(de)四個(ge)吡咯環氮(dan)原(yuan)子相聯(lian)(lian)結,并與珠(zhu)朊上組(zu)氨酸(suan)的(de)咪唑氮(dan)在垂(chui)直于卟啉平面(mian)的(de)方向上聯(lian)(lian)結,第六個(ge)位(wei)置則可能被一(yi)個(ge)水(shui)分(fen)(fen)子所(suo)占據。這(zhe)個(ge)結構允許在此第六個(ge)配位(wei)位(wei)置上可逆地吸(xi)放分(fen)(fen)子氧,使紅(hong)血球得以把氧分(fen)(fen)子輸載到身體(ti)的(de)各部分(fen)(fen),這(zhe)是(shi)動物(wu)呼吸(xi)作用(yong)的(de)機理。血紅(hong)蛋(dan)白對(dui)一(yi)氧化碳(tan)(tan)(tan)的(de)親(qin)合(he)作用(yong)大于對(dui)氧分(fen)(fen)子的(de)親(qin)合(he)作用(yong),生成(cheng)碳(tan)(tan)(tan)氧血紅(hong)蛋(dan)白的(de)過程是(shi)不可逆的(de),這(zhe)就導致(zhi)了一(yi)氧化碳(tan)(tan)(tan)的(de)劇(ju)毒性。
放入緊封的(de)儲藏(zang)器內,儲存(cun)于陰涼、干燥的(de)庫房(fang)。
一般是(shi)鐵(tie)水運輸方式。
1.魚(yu)雷罐標準鐵(tie)(tie)路運輸方式魚(yu)雷罐具有(you)容量大、保(bao)溫性(xing)能好(hao)、重(zhong)心低、安全性(xing)高(gao)等特點,可作為(wei)鐵(tie)(tie)鋼界面間的(de)緩沖(chong)(chong)環節,對煉鐵(tie)(tie)和煉鋼起著銜接、匹配、協調、緩沖(chong)(chong)的(de)作用(yong),在大型(xing)鋼鐵(tie)(tie)企業(ye)中(zhong)得到廣泛應用(yong)。
2.鐵(tie)(tie)(tie)水(shui)(shui)(shui)罐(guan)運輸(shu)方式(shi)該(gai)方式(shi)采用(yong)鐵(tie)(tie)(tie)水(shui)(shui)(shui)罐(guan)作(zuo)為鐵(tie)(tie)(tie)水(shui)(shui)(shui)從高(gao)(gao)爐到煉(lian)鋼的運輸(shu)和儲存(cun)容器,從高(gao)(gao)爐出鐵(tie)(tie)(tie)場受(shou)鐵(tie)(tie)(tie)開始至(zhi)煉(lian)鋼鐵(tie)(tie)(tie)水(shui)(shui)(shui)兌入(ru)轉爐終(zhong)止,全(quan)過程(cheng)采用(yong)一個鐵(tie)(tie)(tie)水(shui)(shui)(shui)罐(guan),減(jian)少了魚雷罐(guan)運輸(shu)流(liu)程(cheng)中的鐵(tie)(tie)(tie)水(shui)(shui)(shui)倒罐(guan)環(huan)節。