鐵(Ferrum)是一種(zhong)金屬元(yuan)素,原子序(xu)數為26,位(wei)于(yu)周期(qi)表第四周期(qi),第VIII族。
純鐵是銀(yin)白色有光澤的金屬(shu),密度7.86g/cm3,熔點1539℃。鐵除了有導電性(xing)、導熱性(xing)、延展性(xing)外(wai),還能被磁鐵吸引(yin),具有鐵磁性(xing)。
鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)的重要(yao)(yao)化(hua)合物(wu)(wu)有三(san)(san)氧化(hua)二鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)、四氧化(hua)三(san)(san)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)、氯化(hua)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)及鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)的配(pei)合物(wu)(wu)等(deng)。自然界(jie)中主(zhu)要(yao)(yao)礦物(wu)(wu)是赤鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(主(zhu)要(yao)(yao)是三(san)(san)氧化(hua)二鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)),磁(ci)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(主(zhu)要(yao)(yao)是四氧化(hua)三(san)(san)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie))和(he)菱鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(主(zhu)要(yao)(yao)是碳(tan)酸亞(ya)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie))等(deng)。工業上(shang)用(yong)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦、焦炭(tan)和(he)石(shi)灰石(shi)混合在高爐(lu)中冶煉而得,根據(ju)含碳(tan)量(liang)不同(tong)可分(fen)為(wei)生鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)、熟鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)和(he)鋼。
古代(dai)(dai)(dai)社(she)會鐵(tie)(tie)器時代(dai)(dai)(dai)大約起始于前2000年(nian)(nian),但最早發現(xian)和(he)使(shi)用的(de)(de)(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)是來自外空的(de)(de)(de)(de)(de)隕(yun)(yun)(yun)鐵(tie)(tie)。隕(yun)(yun)(yun)鐵(tie)(tie)是鐵(tie)(tie)和(he)鎳、鈷等金(jin)屬的(de)(de)(de)(de)(de)混合(he)物、含鐵(tie)(tie)量(liang)較高(gao)。在埃及、西(xi)南亞等地一些文明古國所發現(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)最早的(de)(de)(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)器,都是由隕(yun)(yun)(yun)鐵(tie)(tie)加(jia)工(gong)而成的(de)(de)(de)(de)(de)。1972年(nian)(nian)中國河北省(sheng)藁城縣臺西(xi)村出土(tu)了一把(ba)商代(dai)(dai)(dai)鐵(tie)(tie)刃(ren)青(qing)(qing)銅(tong)鉞(yue),制造年(nian)(nian)代(dai)(dai)(dai)約在前14世紀。在青(qing)(qing)銅(tong)鉞(yue)上(shang)嵌(qian)的(de)(de)(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)刃(ren),是將隕(yun)(yun)(yun)鐵(tie)(tie)經加(jia)熱鍛打(da)后,和(he)鉞(yue)體嵌(qian)鍛在一起的(de)(de)(de)(de)(de)。中國還曾(ceng)出土(tu)過類似的(de)(de)(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)刃(ren)銅(tong)鉞(yue)和(he)鐵(tie)(tie)援銅(tong)戈各一件,年(nian)(nian)代(dai)(dai)(dai)相(xiang)當(dang)于商末(mo)周(zhou)初,鐵(tie)(tie)的(de)(de)(de)(de)(de)部(bu)分(fen)也是由隕(yun)(yun)(yun)鐵(tie)(tie)加(jia)工(gong)成的(de)(de)(de)(de)(de)。古埃及人把(ba)鐵(tie)(tie)叫做“天石(shi)(shi)”,可見人類最早認識鐵(tie)(tie)是從(cong)隕(yun)(yun)(yun)石(shi)(shi)開始的(de)(de)(de)(de)(de)。天外來的(de)(de)(de)(de)(de)隕(yun)(yun)(yun)石(shi)(shi)數(shu)量(liang)很少(shao),因此用隕(yun)(yun)(yun)石(shi)(shi)制作(zuo)(zuo)的(de)(de)(de)(de)(de)器具當(dang)然稀少(shao)而珍(zhen)貴,同時還帶有神秘(mi)的(de)(de)(de)(de)(de)色彩。用隕(yun)(yun)(yun)石(shi)(shi)作(zuo)(zuo)工(gong)具是很少(shao)的(de)(de)(de)(de)(de),所以對(dui)生(sheng)產(chan)進步沒有什么明顯(xian)影響,但通過隕(yun)(yun)(yun)石(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)利(li)用,畢竟使(shi)人類最早接觸并認識到(dao)鐵(tie)(tie)。
冶(ye)(ye)鐵(tie)(tie)技術(shu)發(fa)明于原(yuan)始(shi)社(she)(she)會(hui)(hui)的(de)末(mo)期。冶(ye)(ye)鐵(tie)(tie)技術(shu)的(de)發(fa)明,代表冶(ye)(ye)金史的(de)一個新階段的(de)開始(shi)。居住在(zai)亞(ya)美尼亞(ya)山(shan)地(di)的(de)基(ji)茲溫(wen)達部落(luo)在(zai)前(qian)(qian)2000年時(shi),就發(fa)明了(le)(le)一種煉鐵(tie)(tie)的(de)有效方法,后(hou)來逐步(bu)傳開了(le)(le)。小亞(ya)細亞(ya)的(de)赫(he)梯人在(zai)前(qian)(qian)1400年左右(you)也已掌(zhang)握了(le)(le)冶(ye)(ye)鐵(tie)(tie)技術(shu);兩(liang)河(he)流域北部的(de)亞(ya)述(shu)人,在(zai)前(qian)(qian)1300年已進(jin)(jin)入(ru)鐵(tie)(tie)器時(shi)代。鐵(tie)(tie)制工(gong)(gong)具(ju)的(de)大(da)量出現,社(she)(she)會(hui)(hui)生產(chan)力顯著提高,從(cong)而(er)對社(she)(she)會(hui)(hui)的(de)發(fa)展產(chan)生巨大(da)影響(xiang)。有些(xie)民族因此而(er)迅(xun)速(su)地(di)由原(yuan)始(shi)公社(she)(she)制過(guo)渡(du)到奴(nu)隸社(she)(she)會(hui)(hui)。古希臘和古羅馬的(de)奴(nu)隸社(she)(she)會(hui)(hui)的(de)產(chan)生,就是(shi)由于鐵(tie)(tie)制工(gong)(gong)具(ju)的(de)廣泛使用,促使生產(chan)力大(da)大(da)提高的(de)結果(guo)。在(zai)古代中國、埃及等文明古國,則因有適合農業(ye)耕作的(de)沖積平(ping)原(yuan),有便利的(de)灌溉系統,所以在(zai)擁有青銅(tong)(tong)工(gong)(gong)具(ju)后(hou),便已進(jin)(jin)入(ru)奴(nu)隸社(she)(she)會(hui)(hui),而(er)一旦鐵(tie)(tie)制工(gong)(gong)具(ju)逐步(bu)取代了(le)(le)青銅(tong)(tong)工(gong)(gong)具(ju),生產(chan)力獲得飛速(su)發(fa)展,生產(chan)關系進(jin)(jin)一步(bu)發(fa)生變(bian)化,社(she)(she)會(hui)(hui)便又前(qian)(qian)進(jin)(jin)一步(bu)向封建制度過(guo)渡(du)。
冶(ye)(ye)鐵(tie)技術(shu)和(he)青(qing)銅(tong)冶(ye)(ye)煉技術(shu)一樣,首先是由于社會生(sheng)產發(fa)展的(de)(de)(de)需(xu)要(yao)(yao)。青(qing)銅(tong)工具在生(sheng)產中的(de)(de)(de)作(zuo)用誘(you)使人們(men)(men)去尋(xun)找更多(duo)的(de)(de)(de)金屬(shu)資源,但因銅(tong)礦分布(bu)不廣(guang),錫(xi)、鉛(qian)礦更是稀少,人們(men)(men)很(hen)自然(ran)地要(yao)(yao)去尋(xun)找新的(de)(de)(de)金屬(shu)。另(ling)外,在當時已具備了(le)冶(ye)(ye)鐵(tie)的(de)(de)(de)物(wu)質(zhi)和(he)技術(shu)條(tiao)件,特別是許多(duo)民族已有(you)冶(ye)(ye)煉青(qing)銅(tong)的(de)(de)(de)經驗(yan),發(fa)明冶(ye)(ye)鐵(tie)技術(shu)是很(hen)自然(ran)的(de)(de)(de)。
早期的(de)冶(ye)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)技術(shu)(shu),大多采(cai)用(yong)“固體還原(yuan)法”,即冶(ye)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)時,將鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)石(shi)和木炭一(yi)層夾一(yi)層地(di)碼(ma)放在爐窯(yao)中,點火焙(bei)燒,在650—1000℃溫度下,利用(yong)碳的(de)不(bu)完全燃(ran)燒,產生(sheng)一(yi)氧化(hua)碳,使(shi)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)中的(de)氧化(hua)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)被還原(yuan)成鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)。但由于(yu)溫度不(bu)夠高,還原(yuan)出(chu)來的(de)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)以塊狀沉(chen)到爐底(di),人們只能待鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)煉(lian)成爐窯(yao)冷卻(que)(que)后將鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)塊取出(chu)。這種鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)實際上(shang)是海綿鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie),表面粗糙,夾雜渣滓,不(bu)具有(you)明顯金(jin)屬特征,有(you)的(de)其(qi)堅(jian)韌(ren)性(xing)還不(bu)如(ru)青(qing)銅(tong)。因此。中國古(gu)代人稱這種鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)為“惡金(jin)”。這就(jiu)造(zao)成一(yi)種情況,盡管冶(ye)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)技術(shu)(shu)的(de)發明雖比青(qing)銅(tong)技術(shu)(shu)只稍晚一(yi)些,但在有(you)發達的(de)青(qing)銅(tong)冶(ye)煉(lian)業(ye)的(de)民族那里,鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)器的(de)廣泛使(shi)用(yong)卻(que)(que)常較使(shi)用(yong)青(qing)銅(tong)器推(tui)遲了很多年。
在人們經過一段實踐摸索(suo)的認(ren)識(shi)過程(cheng)后,終于(yu)發(fa)(fa)現,將煉出的鐵塊反復加熱和壓延錘打(da),才能(neng)使鐵柔韌不脆。人們還發(fa)(fa)現將赤熱的鍛鐵猛淬入冷水,會變成堅韌的好(hao)鐵。這(zhe)種(zhong)好(hao)鐵的性能(neng)遠遠超越(yue)于(yu)青(qing)銅(tong)之上(shang)。當人們能(neng)廣泛用這(zhe)種(zhong)鍛鐵制(zhi)造工具時(shi),青(qing)銅(tong)工具才逐漸被鐵器取(qu)代。
鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)是一(yi)種(zhong)銀白色(se)頗(po)軟的(de)(de)(de)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)屬,有(you)良(liang)好的(de)(de)(de)延展(zhan)(zhan)性(xing)(xing),鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)的(de)(de)(de)性(xing)(xing)質(zhi)會因(yin)摻雜(za)了痕(hen)量的(de)(de)(de)其它(ta)元(yuan)素而(er)發生變化。鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)的(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)性(xing)(xing)在(zai)極大程(cheng)度上決定于所含的(de)(de)(de)雜(za)質(zhi),并且會因(yin)退火的(de)(de)(de)程(cheng)度而(er)變。鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)的(de)(de)(de)純度越高磁(ci)(ci)(ci)導率(lv)越大,且降低(di)了鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)的(de)(de)(de)滯后損失(shi)。以鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)和鈷(gu)為(wei)基體(ti)的(de)(de)(de)鋼(gang)或合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)用(yong)于制造永(yong)(yong)(yong)磁(ci)(ci)(ci)體(ti),常用(yong)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)與其它(ta)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)磁(ci)(ci)(ci)性(xing)(xing)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)屬鈷(gu)和鎳所制的(de)(de)(de)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin),例如FeNi和FeNi?都有(you)很高的(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)導率(lv)。鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)一(yi)鈷(gu)一(yi)鎳系的(de)(de)(de)永(yong)(yong)(yong)磁(ci)(ci)(ci)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)和鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)氧體(ti)磁(ci)(ci)(ci)性(xing)(xing)材料屬于第(di)一(yi)代合(he)(he)(he)成的(de)(de)(de)永(yong)(yong)(yong)磁(ci)(ci)(ci)體(ti)。近20年來發展(zhan)(zhan)的(de)(de)(de)第(di)二(er)代永(yong)(yong)(yong)磁(ci)(ci)(ci)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)是稀土鈷(gu)系合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin),如SmCo5和Sm2Co17等(deng),近10年來則發展(zhan)(zhan)了第(di)三(san)代永(yong)(yong)(yong)磁(ci)(ci)(ci)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)Nd一(yi)Fe一(yi)B系合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)。近年又發展(zhan)(zhan)起(qi)來Sm一(yi)Fe一(yi)N系永(yong)(yong)(yong)磁(ci)(ci)(ci)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin),是以Sm2Fe17為(wei)基質(zhi)進行滲氮而(er)得到的(de)(de)(de)一(yi)種(zhong)綜(zong)合(he)(he)(he)性(xing)(xing)能優越的(de)(de)(de)永(yong)(yong)(yong)磁(ci)(ci)(ci)體(ti),有(you)可能成為(wei)第(di)四代新(xin)型永(yong)(yong)(yong)磁(ci)(ci)(ci)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)。
鐵(tie)(tie)(tie)能(neng)在高溫(wen)(wen)下吸收氫生(sheng)成(cheng)(cheng)(cheng)固溶體。在溫(wen)(wen)度(du)高于(yu)800℃時(shi)鐵(tie)(tie)(tie)能(neng)與少量氮(dan)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying),但反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)速(su)度(du)很慢,在溫(wen)(wen)度(du)超過400℃時(shi)很容(rong)易(yi)與氨氣(qi)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying),生(sheng)成(cheng)(cheng)(cheng)Fe?N。這是鋼鐵(tie)(tie)(tie)表面(mian)氮(dan)化(hua)(hua)生(sheng)成(cheng)(cheng)(cheng)硬保護膜層的(de)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)原理。鐵(tie)(tie)(tie)容(rong)易(yi)和(he)大多數非(fei)金屬在適當高溫(wen)(wen)下反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)生(sheng)成(cheng)(cheng)(cheng)二元化(hua)(hua)合物(wu)(wu)。鐵(tie)(tie)(tie)與氧(yang)(yang)(yang)的(de)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)決定于(yu)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)條件,新(xin)還原出(chu)來的(de)微細鐵(tie)(tie)(tie)粉在空(kong)(kong)氣(qi)中(zhong)室溫(wen)(wen)下就會自燃(ran)。塊狀鐵(tie)(tie)(tie)在溫(wen)(wen)度(du)超過150℃時(shi)在干燥空(kong)(kong)氣(qi)中(zhong)就開(kai)始氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua),在過量氧(yang)(yang)(yang)氣(qi)中(zhong)生(sheng)成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)主要產物(wu)(wu)是Fe?O?和(he)Fe?O?,高于(yu)575℃和(he)低氧(yang)(yang)(yang)空(kong)(kong)氣(qi)中(zhong)則主要氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)產物(wu)(wu)為FeO。鐵(tie)(tie)(tie)與硫或磷(lin)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)時(shi)放出(chu)大量熱,分別生(sheng)成(cheng)(cheng)(cheng)FeS和(he)Fe?P。鹵素則可在較低溫(wen)(wen)度(du)(-200℃)與鐵(tie)(tie)(tie)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying),氟、氯和(he)溴(xiu)與鐵(tie)(tie)(tie)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)生(sheng)成(cheng)(cheng)(cheng)Fe(Ⅲ)化(hua)(hua)合物(wu)(wu)FeX?,而碘則只生(sheng)成(cheng)(cheng)(cheng)Fe(Ⅰ)化(hua)(hua)合物(wu)(wu)FeI?。
以(yi)上電(dian)勢表明,單質(zhi)鐵(tie)(tie)在酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)性溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)中(zhong)是(shi)一(yi)(yi)種(zhong)還(huan)原劑(ji),而(er)在堿性溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)中(zhong)則是(shi)一(yi)(yi)種(zhong)更強的(de)還(huan)原劑(ji)。依照鐵(tie)(tie)的(de)電(dian)勢在電(dian)位序中(zhong)的(de)位置(zhi)。可以(yi)從稀酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)水(shui)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)中(zhong)置(zhi)換出氫氣(qi)(qi)(qi),能(neng)從銅(Ⅱ)鹽(yan)(yan)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)中(zhong)置(zhi)換銅,本身(shen)則轉(zhuan)化(hua)成鐵(tie)(tie)(Ⅱ)鹽(yan)(yan)。當用普通鐵(tie)(tie)與稀硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)或鹽(yan)(yan)酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)反(fan)應(ying)時,放出的(de)氫氣(qi)(qi)(qi)有一(yi)(yi)種(zhong)極特別的(de)氣(qi)(qi)(qi)味,這(zhe)是(shi)由于氫氣(qi)(qi)(qi)中(zhong)夾雜了(le)鐵(tie)(tie)中(zhong)雜質(zhi)元素(如(ru)(ru)碳、硫(liu)、磷、砷等)的(de)氫化(hua)物(wu)所致。氧(yang)化(hua)性酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan),如(ru)(ru)硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)、冷稀酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)仍可與鐵(tie)(tie)生(sheng)成鐵(tie)(tie)(Ⅱ)鹽(yan)(yan),但熱濃酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)只能(neng)生(sheng)成鐵(tie)(tie)(Ⅲ)鹽(yan)(yan)。當鐵(tie)(tie)與濃硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)短時間接觸后(hou),便表現有抗御與硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)進一(yi)(yi)步反(fan)應(ying)的(de)作(zuo)(zuo)用,稱為表面鈍(dun)化(hua),不(bu)再能(neng)溶(rong)(rong)(rong)于稀硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan),也不(bu)再能(neng)從銅(Ⅱ)鹽(yan)(yan)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)中(zhong)置(zhi)換銅,但它(ta)能(neng)溶(rong)(rong)(rong)于還(huan)原性酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan),如(ru)(ru)稀鹽(yan)(yan)酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)中(zhong)。這(zhe)種(zhong)鈍(dun)化(hua)作(zuo)(zuo)用是(shi)由于在鐵(tie)(tie)表面上生(sheng)成了(le)一(yi)(yi)層氧(yang)化(hua)物(wu)保護膜。用其它(ta)氧(yang)化(hua)劑(ji),如(ru)(ru)鉻(Ⅵ)酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)也可以(yi)使鐵(tie)(tie)表面鈍(dun)化(hua)。
鐵(tie)(tie)在(zai)高于(yu)500℃時(shi)(shi)可以快速地同水(shui)蒸(zheng)氣(qi)反(fan)應放出(chu)氫氣(qi),溫(wen)度(du)低于(yu)570℃時(shi)(shi)生成(cheng)的氧化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)是(shi)Fe3O4,而高于(yu)此(ci)溫(wen)度(du)時(shi)(shi)生成(cheng)的氧化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)是(shi)FeO。二氧化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)也(ye)可以同樣地與(yu)鐵(tie)(tie)反(fan)應生成(cheng)這(zhe)兩(liang)種氧化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(決定于(yu)溫(wen)度(du)條(tiao)件),同時(shi)(shi)二氧化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)被還(huan)原成(cheng)一氧化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)。鐵(tie)(tie)粉在(zai)100一200℃與(yu)200atm的一氧化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)反(fan)應生成(cheng)揮(hui)發性的劇毒化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)五羰合(he)鐵(tie)(tie)Fe(CO)5。
鐵(tie)的(de)銹(xiu)(xiu)蝕(shi)是鐵(tie)與(yu)空氣(qi)和水(shui)發生(sheng)作用(yong)生(sheng)成(cheng)水(shui)合氧化(hua)物(wu)的(de)過程。這是一(yi)個特殊的(de)腐蝕(shi)問題,因為有重(zhong)大的(de)經(jing)濟(ji)重(zhong)要性而受到(dao)重(zhong)視。鐵(tie)在(zai)室溫(wen)下(xia)的(de)銹(xiu)(xiu)蝕(shi)現(xian)象與(yu)水(shui)、氧氣(qi)和一(yi)種電解質的(de)存在(zai)是不可少的(de)。二氧化(hua)碳對鐵(tie)的(de)銹(xiu)(xiu)蝕(shi)影響不大,高濃度(du)的(de)二氧化(hua)碳氣(qi)氛其(qi)實對鐵(tie)還有表面(mian)保護作用(yong)。鐵(tie)完全浸泡在(zai)表面(mian)上有空氣(qi)的(de)淡水(shui)或鹽水(shui)中會(hui)發生(sheng)緩慢的(de)銹(xiu)(xiu)蝕(shi)作用(yong),但(dan)如(ru)(ru)果(guo)(guo)此鐵(tie)是部分(fen)浸沒(mei)的(de),在(zai)鐵(tie)一(yi)水(shui)交(jiao)界(jie)面(mian)上的(de)氧氣(qi)會(hui)迅速(su)得到(dao)補充,便會(hui)發生(sheng)快速(su)的(de)銹(xiu)(xiu)蝕(shi)。在(zai)空氣(qi)中,如(ru)(ru)果(guo)(guo)濕度(du)達到(dao)50(水(shui)蒸氣(qi)分(fen)壓約(yue)為6mmHg),鐵(tie)件會(hui)開始發生(sheng)銹(xiu)(xiu)蝕(shi);如(ru)(ru)果(guo)(guo)濕度(du)達到(dao)80%,則(ze)鐵(tie)件會(hui)發生(sheng)嚴(yan)重(zhong)的(de)銹(xiu)(xiu)蝕(shi)。
此(ci)時溶(rong)液(ye)中的(de)Fe2?和OH?在(zai)氧氣的(de)作用下便生成了黃棕色(se)的(de)水合氧化鐵(Ⅲ)沉淀物(wu)鐵銹。
大(da)(da)氣(qi)(qi)銹(xiu)(xiu)蝕(shi)速度(du)會因塵埃粒子和(he)二(er)氧(yang)化(hua)硫(liu)(liu)的(de)(de)(de)存在(zai)而(er)大(da)(da)大(da)(da)被(bei)加速。在(zai)濱(bin)海(hai)地區(qu),空(kong)(kong)氣(qi)(qi)塵埃中含有鹽分,如果(guo)沒有其它(ta)促銹(xiu)(xiu)因素的(de)(de)(de)話,銹(xiu)(xiu)蝕(shi)速度(du)將(jiang)隨距海(hai)的(de)(de)(de)距離而(er)變(bian),距海(hai)越遠銹(xiu)(xiu)蝕(shi)速度(du)越慢。在(zai)城區(qu)和(he)工業區(qu),空(kong)(kong)氣(qi)(qi)中的(de)(de)(de)二(er)氧(yang)化(hua)硫(liu)(liu)將(jiang)是(shi)促銹(xiu)(xiu)的(de)(de)(de)主要因素。在(zai)空(kong)(kong)氣(qi)(qi)和(he)水的(de)(de)(de)作用下,二(er)氧(yang)化(hua)硫(liu)(liu)轉化(hua)成硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan),硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)將(jiang)侵蝕(shi)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)制器(qi)件(jian)。當鐵(tie)(tie)(tie)(tie)或鋼的(de)(de)(de)表(biao)面上出現了硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(Ⅱ)之后,在(zai)潮濕(shi)空(kong)(kong)氣(qi)(qi)中,即使不再有二(er)氧(yang)化(hua)硫(liu)(liu),銹(xiu)(xiu)蝕(shi)過程就(jiu)繼(ji)續(xu)進行。防(fang)止鐵(tie)(tie)(tie)(tie)器(qi)銹(xiu)(xiu)蝕(shi)的(de)(de)(de)方法之一(yi)是(shi)在(zai)表(biao)面涂(tu)刷阻(zu)銹(xiu)(xiu)劑(ji),如氫氧(yang)化(hua)鈉、磷(lin)酸(suan)(suan)(suan)鈉或鉻酸(suan)(suan)(suan)鉀溶(rong)液(ye)(ye)。還(huan)有一(yi)種(zhong)“磷(lin)酸(suan)(suan)(suan)鹽化(hua)處(chu)理”,是(shi)將(jiang)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)器(qi)浸置在(zai)磷(lin)酸(suan)(suan)(suan)錳(Ⅱ)或磷(lin)酸(suan)(suan)(suan)鋅(Ⅱ)溶(rong)液(ye)(ye)中,使鐵(tie)(tie)(tie)(tie)表(biao)面上生成一(yi)層(ceng)磷(lin)酸(suan)(suan)(suan)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(Ⅱ)蓋層(ceng)。還(huan)有一(yi)種(zhong)防(fang)銹(xiu)(xiu)辦法是(shi)在(zai)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)表(biao)面上遮鍍(du)一(yi)層(ceng)其它(ta)金屬,如鍍(du)鋅鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(白鐵(tie)(tie)(tie)(tie))、鍍(du)錫鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(馬口鐵(tie)(tie)(tie)(tie))等。涂(tu)刷紅鉛漆或油漆也是(shi)常用的(de)(de)(de)防(fang)銹(xiu)(xiu)辦法。
純鐵可(ke)用(yong)氫(qing)還(huan)原(yuan)純氧化(hua)鐵或氫(qing)氧化(hua)鐵來制(zhi)備。例如將氫(qing)氧化(hua)鐵在純氫(qing)氣流中加熱,并將溫度從400℃升高(gao)至(zhi)700℃直到還(huan)原(yuan)過程完成。還(huan)原(yuan)鐵冷(leng)卻后吸收的(de)氫(qing)量可(ke)以忽略(lve)不計,在低溫(360一530℃)下還(huan)原(yuan)氧化(hua)物所(suo)得純鐵是粉末(mo)狀固體(ti),遇空氣會著火。
將五羰合鐵Fe(CO)5氣化并在250℃左右使之分解可(ke)得到(dao)不含(han)任何雜質(zhi)的微細粉末狀純(chun)鐵,將這種純(chun)鐵在高真空(kong)下(xia)煅燒可(ke)以除去殘(can)留在鐵中(zhong)的痕(hen)量碳和氧,以一氧化碳的形式被除去。
單質鐵的制備(bei)一(yi)般采用(yong)冶煉法。以赤鐵礦(Fe2O3)或磁鐵礦(Fe3O4)為原料,與焦炭(tan)(tan)和助溶劑在(zai)熔礦爐內反應(ying),焦炭(tan)(tan)燃燒產生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)(CO2),二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)與過量的焦炭(tan)(tan)接觸就生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)成一(yi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)(CO),一(yi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)和礦石(shi)內的氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鐵作(zuo)用(yong)就生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)成金屬鐵。加入CaCO3在(zai)高(gao)溫(wen)下生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)成CaO除去鐵礦石(shi)中(zhong)的SiO2,生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)成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(shi)驗(yan)室通常用一氧化(hua)(hua)碳還原(yuan)氧化(hua)(hua)鐵制備少(shao)量單質鐵。
鐵(tie)用(yong)(yong)于(yu)農藥(yao)、粉(fen)末(mo)冶金、熱氫發生器、凝膠推進劑、燃(ran)燒(shao)活性劑、催化劑、水(shui)清潔(jie)吸附劑、燒(shao)結活性劑、粉(fen)末(mo)冶金制(zhi)(zhi)品、各種(zhong)機械零部(bu)件(jian)制(zhi)(zhi)品、硬質合金材料制(zhi)(zhi)品等。純(chun)鐵(tie)用(yong)(yong)于(yu)制(zhi)(zhi)發電機和電動機的鐵(tie)芯,還(huan)原鐵(tie)粉(fen)用(yong)(yong)于(yu)粉(fen)末(mo)冶金,鋼鐵(tie)用(yong)(yong)于(yu)制(zhi)(zhi)造機器和工具。此(ci)外(wai),鐵(tie)及其化合物還(huan)用(yong)(yong)于(yu)制(zhi)(zhi)磁鐵(tie)、藥(yao)物、墨水(shui)、顏料、磨料等。
鐵(tie)的最重(zhong)要(yao)用途是冶煉鋼(gang)和合(he)金(jin)(jin)(jin),少部分的鐵(tie)以鑄鐵(tie)和生鐵(tie)的形(xing)式(shi)應(ying)用。鐵(tie)是特種(zhong)合(he)金(jin)(jin)(jin)鋼(gang)的重(zhong)要(yao)組成部分,特種(zhong)合(he)金(jin)(jin)(jin)鋼(gang)材料(liao)的鐵(tie)含(han)量有(you)時(shi)低于50%,其(qi)它組成物有(you)鉻、鎳、鈷(gu)等。在某些(xie)鎳基合(he)金(jin)(jin)(jin)和鈷(gu)基合(he)金(jin)(jin)(jin)中鐵(tie)僅為(wei)低含(han)量組成物,有(you)時(shi)低于10%。
鐵(tie)(tie)(tie)有(you)一(yi)些少數化合物可(ke)作為(wei)(wei)人(ren)的(de)內服(fu)藥物,例如(ru)硫酸亞(ya)鐵(tie)(tie)(tie)曾用為(wei)(wei)兒童缺鐵(tie)(tie)(tie)性貧血的(de)治療藥劑(ji),但也有(you)報道(dao)說有(you)兒童誤(wu)服(fu)大(da)量(liang)硫酸亞(ya)鐵(tie)(tie)(tie)而導致死亡(wang)的(de)事例。誤(wu)服(fu)有(you)毒鐵(tie)(tie)(tie)化合物的(de)治療一(yi)般為(wei)(wei)內服(fu)碳酸氫鈉(小蘇打)水溶液和致嘔(ou)吐藥劑(ji)。
鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)是(shi)地(di)(di)(di)殼中(zhong)第(di)四個(ge)(ge)豐度(du)最大的(de)元(yuan)素,人們認為(wei)(wei)(wei)地(di)(di)(di)球的(de)核心主要是(shi)由(you)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)構成的(de)。在地(di)(di)(di)殼中(zhong)存(cun)在的(de)單質鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)是(shi)極為(wei)(wei)(wei)少見的(de),但(dan)廣泛以(yi)化(hua)合態出現,許多(duo)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)由(you)于含有(you)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)化(hua)合物(wu)而呈(cheng)現特(te)有(you)的(de)顏色(se)。鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)的(de)最重要礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)是(shi)氧化(hua)物(wu)和碳(tan)酸鹽(yan)。鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)含量(liang)(liang)最高(gao)的(de)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)是(shi)磁(ci)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(Fe3O4),磁(ci)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)是(shi)一(yi)種(zhong)(zhong)黑色(se)有(you)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)磁(ci)性的(de)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu),磁(ci)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)的(de)一(yi)個(ge)(ge)變(bian)種(zhong)(zhong)稱為(wei)(wei)(wei)“羅(luo)底石”(Lodestone)。赤鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(Fe2O3)為(wei)(wei)(wei)紅棕色(se)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu),含鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)量(liang)(liang)最高(gao)可(ke)達70%。褐(he)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)是(shi)氧化(hua)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(Ⅲ)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)的(de)一(yi)個(ge)(ge)變(bian)種(zhong)(zhong),褐(he)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)含有(you)可(ke)變(bian)量(liang)(liang)的(de)水(shui),但(dan)其(qi)近似組成往(wang)(wang)往(wang)(wang)是(shi)2Fe2O3?3H2O。碳(tan)酸鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)FeCO3。出現為(wei)(wei)(wei)菱鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang),碳(tan)酸鹽(yan)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)往(wang)(wang)往(wang)(wang)與(yu)黏土和煤共生(sheng),稱為(wei)(wei)(wei)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)石。黃鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(FeS2)是(shi)一(yi)種(zhong)(zhong)常見的(de)脈石礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu),但(dan)黃鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)不直接(jie)用為(wei)(wei)(wei)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang),因(yin)為(wei)(wei)(wei)黃鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)有(you)很高(gao)含量(liang)(liang)的(de)硫而被看成是(shi)一(yi)種(zhong)(zhong)重要的(de)非(fei)金屬化(hua)工原料(liao)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)。在自然界中(zhong)還存(cun)在有(you)多(duo)種(zhong)(zhong)多(duo)樣的(de)硅酸鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)。
(1)侵占(zhan)(zhan)土地城市生(sheng)活垃圾如不能得到(dao)及(ji)時處理和(he)處置,將會(hui)占(zhan)(zhan)用(yong)農(nong)(nong)田,破(po)壞(huai)農(nong)(nong)業(ye)生(sheng)產(chan),以及(ji)地貌、植(zhi)被、自然景觀(guan)等。
(2)廢鐵的堆積,產生(sheng)銹味,嚴重影響了空氣質量。
鐵本(ben)身不(bu)具有毒(du)性(xing),但當攝(she)入過(guo)量(liang)或誤服過(guo)量(liang)的鐵制劑(ji)時也可能導致(zhi)鐵中毒(du)。
短(duan)期暴(bao)露:吸入(ru)鐵粉或氧化鐵煙粉塵刺激呼吸道(dao),引起咽喉(hou)發(fa)炎、咳嗽、呼吸短(duan)促、乏力、疲勞、寒戰、出汗、肌肉和關節疼痛;皮(pi)膚接觸熱金屬會灼傷(shang),眼睛接觸粉塵可(ke)導致發(fa)炎和灼傷(shang);食(shi)入(ru)可(ke)導致昏睡(shui)、呆滯、心跳和呼吸加速、休克、吐(tu)血、腹瀉;
長期暴露:吸入(ru)過(guo)量會導致肺、脾、淋巴系統(tong)產生(sheng)鐵積沉(chen);吸入(ru)粉塵導致肺部(bu)產生(sheng)色斑。
鐵(tie)及其氧化物的(de)蒸(zheng)汽和煙(yan)氣會對人(ren)產(chan)生一(yi)種非(fei)致命性(xing)的(de)刺(ci)激與病(bing)痛,稱為金屬煙(yan)熱(re)癥。但鐵(tie)的(de)化合物羰基鐵(tie)Fe(CO)5卻是極毒的(de),羰基鐵(tie)遇熱(re)或(huo)在(zai)陽(yang)光照射(she)下分解產(chan)生一(yi)氧化碳。
鐵(tie)是動物(wu)身體(ti)(ti)組織和血(xue)液的(de)(de)極重(zhong)(zhong)要(yao)的(de)(de)組成物(wu)。鐵(tie)是人(ren)體(ti)(ti)中(zhong)(zhong)必需(xu)的(de)(de)痕量(liang)元(yuan)(yuan)素中(zhong)(zhong)含量(liang)最高的(de)(de)一個,約占(zhan)人(ren)體(ti)(ti)總(zong)重(zhong)(zhong)量(liang)的(de)(de)0.006%。鐵(tie)在人(ren)體(ti)(ti)內主要(yao)分(fen)布于血(xue)紅細胞中(zhong)(zhong),約占(zhan)人(ren)體(ti)(ti)總(zong)鐵(tie)量(liang)的(de)(de)60%一70%。在鐵(tie)蛋白和肌紅蛋白中(zhong)(zhong),鐵(tie)則(ze)分(fen)別約占(zhan)人(ren)體(ti)(ti)總(zong)鐵(tie)量(liang)的(de)(de)7%—15%和3%—5%。鐵(tie)不僅是人(ren)體(ti)(ti)血(xue)液中(zhong)(zhong)交換與(yu)輸送氧(yang)氣所(suo)(suo)必需(xu)的(de)(de),而且又是某(mou)些酶(mei)(如過(guo)氧(yang)化氫酶(mei)、過(guo)氧(yang)化物(wu)酶(mei)、苯(ben)丙氨酸羥化酶(mei)等(deng))和許多氧(yang)化還原(yuan)體(ti)(ti)系所(suo)(suo)不可缺少的(de)(de)元(yuan)(yuan)素,在生(sheng)物(wu)催化、在呼吸鏈上傳遞電(dian)子等(deng)方面都起著重(zhong)(zhong)要(yao)的(de)(de)作用(yong)。
血(xue)紅(hong)蛋白是(shi)(shi)由(you)一(yi)種稱為(wei)珠朊的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)蛋白和含鐵(tie)(tie)(tie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)亞鐵(tie)(tie)(tie)血(xue)紅(hong)素結合在(zai)(zai)(zai)一(yi)起組(zu)成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de),亞鐵(tie)(tie)(tie)血(xue)紅(hong)素是(shi)(shi)卟(bu)(bu)啉的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)(tie)(Ⅱ)絡合物,在(zai)(zai)(zai)其(qi)中鐵(tie)(tie)(tie)(Ⅱ)原子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)配(pei)位數為(wei)6。鐵(tie)(tie)(tie)(Ⅱ)與(yu)卟(bu)(bu)啉平(ping)面上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)四個(ge)(ge)吡咯環氮原子(zi)(zi)(zi)相聯結,并與(yu)珠朊上(shang)組(zu)氨酸的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)咪唑氮在(zai)(zai)(zai)垂直于卟(bu)(bu)啉平(ping)面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方向上(shang)聯結,第六個(ge)(ge)位置則可(ke)(ke)能被一(yi)個(ge)(ge)水分(fen)子(zi)(zi)(zi)所占據。這個(ge)(ge)結構允許在(zai)(zai)(zai)此(ci)第六個(ge)(ge)配(pei)位位置上(shang)可(ke)(ke)逆地吸放分(fen)子(zi)(zi)(zi)氧(yang),使紅(hong)血(xue)球(qiu)得以把(ba)氧(yang)分(fen)子(zi)(zi)(zi)輸載到身體的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)各部分(fen),這是(shi)(shi)動物呼吸作(zuo)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)機理。血(xue)紅(hong)蛋白對一(yi)氧(yang)化(hua)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)親合作(zuo)用(yong)大于對氧(yang)分(fen)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)親合作(zuo)用(yong),生成碳(tan)氧(yang)血(xue)紅(hong)蛋白的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)過程是(shi)(shi)不可(ke)(ke)逆的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de),這就導致了(le)一(yi)氧(yang)化(hua)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)劇(ju)毒(du)性。
放入緊封的儲(chu)藏器內,儲(chu)存于陰涼、干(gan)燥的庫房。
一般是鐵水運輸方式(shi)。
1.魚雷罐(guan)(guan)標準鐵(tie)路運輸方式魚雷罐(guan)(guan)具(ju)有容量大、保(bao)溫(wen)性能好、重心低(di)、安全性高等特點,可作為鐵(tie)鋼界面間的緩(huan)沖(chong)環節(jie),對(dui)煉鐵(tie)和煉鋼起著(zhu)銜接、匹配、協(xie)調、緩(huan)沖(chong)的作用(yong),在大型鋼鐵(tie)企業中得到廣(guang)泛應用(yong)。
2.鐵水(shui)罐(guan)(guan)運(yun)輸(shu)方式該(gai)方式采用(yong)鐵水(shui)罐(guan)(guan)作為鐵水(shui)從(cong)高爐到(dao)煉鋼的(de)運(yun)輸(shu)和儲存容(rong)器,從(cong)高爐出鐵場(chang)受鐵開始至煉鋼鐵水(shui)兌入轉(zhuan)爐終止,全過程(cheng)采用(yong)一(yi)個(ge)鐵水(shui)罐(guan)(guan),減少了魚雷(lei)罐(guan)(guan)運(yun)輸(shu)流(liu)程(cheng)中的(de)鐵水(shui)倒罐(guan)(guan)環節。