鐵(Ferrum)是一種金(jin)屬(shu)元素,原子(zi)序數為26,位(wei)于周(zhou)期表第(di)四周(zhou)期,第(di)VIII族(zu)。
純鐵(tie)是(shi)銀白色(se)有(you)光澤(ze)的金屬,密度7.86g/cm3,熔(rong)點1539℃。鐵(tie)除了有(you)導(dao)電(dian)性、導(dao)熱性、延展性外,還能(neng)被磁鐵(tie)吸引,具有(you)鐵(tie)磁性。
鐵(tie)(tie)(tie)的重(zhong)要(yao)(yao)化(hua)(hua)(hua)合物有三(san)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)二鐵(tie)(tie)(tie)、四氧(yang)化(hua)(hua)(hua)三(san)鐵(tie)(tie)(tie)、氯化(hua)(hua)(hua)鐵(tie)(tie)(tie)及鐵(tie)(tie)(tie)的配(pei)合物等。自然界中(zhong)主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)礦物是(shi)(shi)赤鐵(tie)(tie)(tie)礦(主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)是(shi)(shi)三(san)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)二鐵(tie)(tie)(tie)),磁鐵(tie)(tie)(tie)礦(主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)是(shi)(shi)四氧(yang)化(hua)(hua)(hua)三(san)鐵(tie)(tie)(tie))和菱鐵(tie)(tie)(tie)礦(主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)是(shi)(shi)碳(tan)酸亞鐵(tie)(tie)(tie))等。工業上用(yong)鐵(tie)(tie)(tie)礦、焦炭和石灰(hui)石混(hun)合在高爐中(zhong)冶煉而得,根據含碳(tan)量不同可(ke)分(fen)為(wei)生(sheng)鐵(tie)(tie)(tie)、熟鐵(tie)(tie)(tie)和鋼。
古代(dai)(dai)社會鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)器(qi)時代(dai)(dai)大約起(qi)始于前2000年(nian)(nian),但(dan)最(zui)(zui)早(zao)發(fa)現和(he)(he)使(shi)用的(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)是來自(zi)外(wai)空的(de)(de)(de)隕(yun)(yun)(yun)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)。隕(yun)(yun)(yun)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)是鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)和(he)(he)鎳、鈷等金屬的(de)(de)(de)混(hun)合(he)物、含鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)量較高(gao)。在埃(ai)及、西南(nan)亞(ya)等地(di)一些文明(ming)古國所(suo)發(fa)現的(de)(de)(de)最(zui)(zui)早(zao)的(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)器(qi),都是由隕(yun)(yun)(yun)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)加(jia)工(gong)而(er)成的(de)(de)(de)。1972年(nian)(nian)中國河北省藁城縣(xian)臺(tai)西村出土(tu)了一把(ba)商代(dai)(dai)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)刃青(qing)銅鉞(yue)(yue),制(zhi)造年(nian)(nian)代(dai)(dai)約在前14世紀。在青(qing)銅鉞(yue)(yue)上嵌(qian)的(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)刃,是將(jiang)隕(yun)(yun)(yun)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)經(jing)加(jia)熱鍛(duan)打后,和(he)(he)鉞(yue)(yue)體嵌(qian)鍛(duan)在一起(qi)的(de)(de)(de)。中國還曾出土(tu)過類似的(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)刃銅鉞(yue)(yue)和(he)(he)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)援銅戈各一件,年(nian)(nian)代(dai)(dai)相當于商末周初,鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)的(de)(de)(de)部分也是由隕(yun)(yun)(yun)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)加(jia)工(gong)成的(de)(de)(de)。古埃(ai)及人(ren)(ren)把(ba)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)叫做“天石(shi)(shi)”,可見人(ren)(ren)類最(zui)(zui)早(zao)認(ren)識鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)是從隕(yun)(yun)(yun)石(shi)(shi)開(kai)始的(de)(de)(de)。天外(wai)來的(de)(de)(de)隕(yun)(yun)(yun)石(shi)(shi)數量很少(shao)(shao),因此用隕(yun)(yun)(yun)石(shi)(shi)制(zhi)作(zuo)的(de)(de)(de)器(qi)具當然稀少(shao)(shao)而(er)珍貴,同(tong)時還帶有(you)神秘的(de)(de)(de)色彩。用隕(yun)(yun)(yun)石(shi)(shi)作(zuo)工(gong)具是很少(shao)(shao)的(de)(de)(de),所(suo)以對(dui)生(sheng)產進步(bu)沒有(you)什么明(ming)顯影響,但(dan)通過隕(yun)(yun)(yun)石(shi)(shi)的(de)(de)(de)利用,畢竟(jing)使(shi)人(ren)(ren)類最(zui)(zui)早(zao)接觸(chu)并認(ren)識到鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)。
冶(ye)(ye)(ye)鐵(tie)(tie)技術發(fa)(fa)明(ming)(ming)于原始(shi)(shi)社(she)(she)會的末期(qi)。冶(ye)(ye)(ye)鐵(tie)(tie)技術的發(fa)(fa)明(ming)(ming),代(dai)表冶(ye)(ye)(ye)金(jin)史的一(yi)(yi)個新階段的開(kai)始(shi)(shi)。居(ju)住在(zai)亞(ya)美尼亞(ya)山地(di)的基茲溫(wen)達部(bu)(bu)落在(zai)前2000年(nian)時,就(jiu)發(fa)(fa)明(ming)(ming)了(le)一(yi)(yi)種煉鐵(tie)(tie)的有效方法,后來(lai)逐步傳開(kai)了(le)。小(xiao)亞(ya)細亞(ya)的赫梯人在(zai)前1400年(nian)左右也(ye)已(yi)掌握了(le)冶(ye)(ye)(ye)鐵(tie)(tie)技術;兩河流域北部(bu)(bu)的亞(ya)述人,在(zai)前1300年(nian)已(yi)進(jin)入(ru)(ru)鐵(tie)(tie)器時代(dai)。鐵(tie)(tie)制(zhi)工(gong)(gong)具(ju)(ju)的大(da)量出現,社(she)(she)會生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)力(li)顯著提(ti)(ti)高,從而對社(she)(she)會的發(fa)(fa)展產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)巨大(da)影(ying)響。有些民族(zu)因(yin)此而迅速地(di)由原始(shi)(shi)公社(she)(she)制(zhi)過渡(du)到(dao)奴隸社(she)(she)會。古(gu)(gu)希(xi)臘和古(gu)(gu)羅馬(ma)的奴隸社(she)(she)會的產(chan)(chan)生(sheng)(sheng),就(jiu)是(shi)由于鐵(tie)(tie)制(zhi)工(gong)(gong)具(ju)(ju)的廣泛使(shi)用(yong),促使(shi)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)力(li)大(da)大(da)提(ti)(ti)高的結(jie)果。在(zai)古(gu)(gu)代(dai)中(zhong)國、埃及(ji)等(deng)文明(ming)(ming)古(gu)(gu)國,則因(yin)有適合(he)農業耕作的沖積平原,有便(bian)利的灌溉系統,所以在(zai)擁(yong)有青(qing)銅工(gong)(gong)具(ju)(ju)后,便(bian)已(yi)進(jin)入(ru)(ru)奴隸社(she)(she)會,而一(yi)(yi)旦鐵(tie)(tie)制(zhi)工(gong)(gong)具(ju)(ju)逐步取代(dai)了(le)青(qing)銅工(gong)(gong)具(ju)(ju),生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)力(li)獲(huo)得飛速發(fa)(fa)展,生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)關系進(jin)一(yi)(yi)步發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)變(bian)化,社(she)(she)會便(bian)又前進(jin)一(yi)(yi)步向封建制(zhi)度過渡(du)。
冶(ye)(ye)鐵(tie)(tie)技(ji)(ji)術(shu)和(he)(he)青(qing)銅(tong)冶(ye)(ye)煉技(ji)(ji)術(shu)一樣(yang),首先是(shi)由于社(she)會(hui)生(sheng)產發展(zhan)的需要。青(qing)銅(tong)工(gong)具在生(sheng)產中的作(zuo)用誘(you)使人(ren)們去(qu)尋找更(geng)多的金(jin)屬資源(yuan),但因銅(tong)礦分布不廣,錫、鉛礦更(geng)是(shi)稀少,人(ren)們很自然地要去(qu)尋找新的金(jin)屬。另外,在當時已具備了(le)冶(ye)(ye)鐵(tie)(tie)的物質和(he)(he)技(ji)(ji)術(shu)條(tiao)件,特別是(shi)許多民族已有冶(ye)(ye)煉青(qing)銅(tong)的經驗,發明冶(ye)(ye)鐵(tie)(tie)技(ji)(ji)術(shu)是(shi)很自然的。
早期的(de)(de)冶鐵(tie)(tie)(tie)(tie)技(ji)術(shu),大多采用(yong)“固體(ti)還原法”,即冶鐵(tie)(tie)(tie)(tie)時,將鐵(tie)(tie)(tie)(tie)礦石和(he)木炭一(yi)(yi)層(ceng)夾一(yi)(yi)層(ceng)地(di)碼放(fang)在爐窯中(zhong),點火焙燒(shao),在650—1000℃溫度下(xia),利用(yong)碳(tan)的(de)(de)不(bu)完全燃燒(shao),產生(sheng)一(yi)(yi)氧化碳(tan),使鐵(tie)(tie)(tie)(tie)礦中(zhong)的(de)(de)氧化鐵(tie)(tie)(tie)(tie)被(bei)還原成(cheng)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)。但(dan)由(you)于溫度不(bu)夠高,還原出來(lai)的(de)(de)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)以塊(kuai)(kuai)狀沉到爐底,人們(men)只(zhi)能待鐵(tie)(tie)(tie)(tie)煉(lian)成(cheng)爐窯冷卻后將鐵(tie)(tie)(tie)(tie)塊(kuai)(kuai)取出。這種(zhong)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)實際上是海綿鐵(tie)(tie)(tie)(tie),表面粗糙,夾雜渣滓(zi),不(bu)具有(you)明(ming)顯金(jin)屬特征,有(you)的(de)(de)其(qi)堅韌性還不(bu)如青銅。因此。中(zhong)國古(gu)代人稱這種(zhong)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)為(wei)“惡金(jin)”。這就(jiu)造成(cheng)一(yi)(yi)種(zhong)情(qing)況,盡管(guan)冶鐵(tie)(tie)(tie)(tie)技(ji)術(shu)的(de)(de)發明(ming)雖比青銅技(ji)術(shu)只(zhi)稍晚一(yi)(yi)些,但(dan)在有(you)發達(da)的(de)(de)青銅冶煉(lian)業的(de)(de)民族那里,鐵(tie)(tie)(tie)(tie)器的(de)(de)廣泛使用(yong)卻常較(jiao)使用(yong)青銅器推遲了很(hen)多年。
在(zai)人們(men)經(jing)過一(yi)段實踐(jian)摸索的(de)認識過程后,終(zhong)于發現,將煉(lian)出的(de)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)塊反復加熱和壓延錘打(da),才能(neng)使鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)柔韌(ren)不脆。人們(men)還發現將赤熱的(de)鍛鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)猛淬入冷(leng)水,會變(bian)成堅韌(ren)的(de)好鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)。這種(zhong)好鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)的(de)性能(neng)遠遠超越于青銅(tong)之上。當人們(men)能(neng)廣泛用這種(zhong)鍛鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)制造工(gong)具(ju)時,青銅(tong)工(gong)具(ju)才逐(zhu)漸(jian)被(bei)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)器取代(dai)。
鐵(tie)(tie)(tie)(tie)是一種(zhong)銀(yin)白色頗軟的(de)(de)(de)金(jin)(jin)屬(shu),有良好的(de)(de)(de)延展(zhan)性,鐵(tie)(tie)(tie)(tie)的(de)(de)(de)性質會因摻(chan)雜(za)了(le)痕(hen)量(liang)的(de)(de)(de)其它元素而(er)發生變化(hua)。鐵(tie)(tie)(tie)(tie)的(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)性在極大(da)程度(du)上決(jue)定于所含的(de)(de)(de)雜(za)質,并且(qie)會因退(tui)火的(de)(de)(de)程度(du)而(er)變。鐵(tie)(tie)(tie)(tie)的(de)(de)(de)純(chun)度(du)越高磁(ci)(ci)(ci)導(dao)率(lv)越大(da),且(qie)降低了(le)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)的(de)(de)(de)滯后(hou)損失。以鐵(tie)(tie)(tie)(tie)和(he)(he)鈷(gu)(gu)為基(ji)體的(de)(de)(de)鋼或合(he)(he)(he)金(jin)(jin)用(yong)于制造永(yong)磁(ci)(ci)(ci)體,常用(yong)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)與其它鐵(tie)(tie)(tie)(tie)磁(ci)(ci)(ci)性金(jin)(jin)屬(shu)鈷(gu)(gu)和(he)(he)鎳(nie)(nie)所制的(de)(de)(de)合(he)(he)(he)金(jin)(jin),例(li)如FeNi和(he)(he)FeNi?都有很高的(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)導(dao)率(lv)。鐵(tie)(tie)(tie)(tie)一鈷(gu)(gu)一鎳(nie)(nie)系(xi)的(de)(de)(de)永(yong)磁(ci)(ci)(ci)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)和(he)(he)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)氧體磁(ci)(ci)(ci)性材料屬(shu)于第一代合(he)(he)(he)成(cheng)的(de)(de)(de)永(yong)磁(ci)(ci)(ci)體。近(jin)20年來(lai)發展(zhan)的(de)(de)(de)第二代永(yong)磁(ci)(ci)(ci)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)是稀土鈷(gu)(gu)系(xi)合(he)(he)(he)金(jin)(jin),如SmCo5和(he)(he)Sm2Co17等(deng),近(jin)10年來(lai)則發展(zhan)了(le)第三代永(yong)磁(ci)(ci)(ci)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)Nd一Fe一B系(xi)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)。近(jin)年又發展(zhan)起來(lai)Sm一Fe一N系(xi)永(yong)磁(ci)(ci)(ci)合(he)(he)(he)金(jin)(jin),是以Sm2Fe17為基(ji)質進行滲氮而(er)得到(dao)的(de)(de)(de)一種(zhong)綜合(he)(he)(he)性能(neng)優(you)越的(de)(de)(de)永(yong)磁(ci)(ci)(ci)體,有可能(neng)成(cheng)為第四代新型永(yong)磁(ci)(ci)(ci)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)。
鐵(tie)(tie)(tie)能(neng)在(zai)(zai)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)下(xia)吸收氫生(sheng)成(cheng)固溶體。在(zai)(zai)溫(wen)(wen)度高(gao)(gao)于800℃時(shi)鐵(tie)(tie)(tie)能(neng)與(yu)(yu)少量(liang)(liang)氮(dan)反(fan)(fan)(fan)應(ying),但反(fan)(fan)(fan)應(ying)速度很(hen)慢(man),在(zai)(zai)溫(wen)(wen)度超過(guo)(guo)400℃時(shi)很(hen)容易與(yu)(yu)氨氣(qi)反(fan)(fan)(fan)應(ying),生(sheng)成(cheng)Fe?N。這是鋼鐵(tie)(tie)(tie)表(biao)面(mian)氮(dan)化(hua)生(sheng)成(cheng)硬保護(hu)膜(mo)層的(de)反(fan)(fan)(fan)應(ying)原理。鐵(tie)(tie)(tie)容易和大多數非(fei)金屬在(zai)(zai)適當高(gao)(gao)溫(wen)(wen)下(xia)反(fan)(fan)(fan)應(ying)生(sheng)成(cheng)二元(yuan)化(hua)合物(wu)(wu)。鐵(tie)(tie)(tie)與(yu)(yu)氧的(de)反(fan)(fan)(fan)應(ying)決定(ding)于反(fan)(fan)(fan)應(ying)條件,新還原出來的(de)微細(xi)鐵(tie)(tie)(tie)粉在(zai)(zai)空氣(qi)中(zhong)室溫(wen)(wen)下(xia)就(jiu)會自(zi)燃。塊狀鐵(tie)(tie)(tie)在(zai)(zai)溫(wen)(wen)度超過(guo)(guo)150℃時(shi)在(zai)(zai)干燥空氣(qi)中(zhong)就(jiu)開始氧化(hua),在(zai)(zai)過(guo)(guo)量(liang)(liang)氧氣(qi)中(zhong)生(sheng)成(cheng)的(de)主(zhu)要(yao)(yao)產物(wu)(wu)是Fe?O?和Fe?O?,高(gao)(gao)于575℃和低(di)(di)氧空氣(qi)中(zhong)則(ze)主(zhu)要(yao)(yao)氧化(hua)產物(wu)(wu)為FeO。鐵(tie)(tie)(tie)與(yu)(yu)硫或磷反(fan)(fan)(fan)應(ying)時(shi)放出大量(liang)(liang)熱,分(fen)別生(sheng)成(cheng)FeS和Fe?P。鹵素則(ze)可(ke)在(zai)(zai)較低(di)(di)溫(wen)(wen)度(-200℃)與(yu)(yu)鐵(tie)(tie)(tie)反(fan)(fan)(fan)應(ying),氟、氯(lv)和溴與(yu)(yu)鐵(tie)(tie)(tie)反(fan)(fan)(fan)應(ying)生(sheng)成(cheng)Fe(Ⅲ)化(hua)合物(wu)(wu)FeX?,而碘則(ze)只生(sheng)成(cheng)Fe(Ⅰ)化(hua)合物(wu)(wu)FeI?。
以(yi)上電勢表明,單質(zhi)鐵(tie)(tie)(tie)在(zai)(zai)酸(suan)(suan)(suan)性溶液(ye)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)是一種(zhong)還原(yuan)劑,而在(zai)(zai)堿性溶液(ye)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)則是一種(zhong)更強的(de)(de)還原(yuan)劑。依照鐵(tie)(tie)(tie)的(de)(de)電勢在(zai)(zai)電位序中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)位置(zhi)。可(ke)以(yi)從(cong)稀酸(suan)(suan)(suan)水溶液(ye)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)置(zhi)換出氫氣,能(neng)(neng)(neng)從(cong)銅(tong)(Ⅱ)鹽(yan)溶液(ye)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)置(zhi)換銅(tong),本身則轉(zhuan)化成(cheng)鐵(tie)(tie)(tie)(Ⅱ)鹽(yan)。當用普通(tong)鐵(tie)(tie)(tie)與稀硫酸(suan)(suan)(suan)或鹽(yan)酸(suan)(suan)(suan)反應時,放出的(de)(de)氫氣有(you)一種(zhong)極特(te)別的(de)(de)氣味,這是由(you)于(yu)氫氣中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)夾(jia)雜了鐵(tie)(tie)(tie)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)雜質(zhi)元(yuan)素(如(ru)碳、硫、磷、砷等)的(de)(de)氫化物所致。氧化性酸(suan)(suan)(suan),如(ru)硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)、冷稀酸(suan)(suan)(suan)仍(reng)可(ke)與鐵(tie)(tie)(tie)生成(cheng)鐵(tie)(tie)(tie)(Ⅱ)鹽(yan),但熱濃酸(suan)(suan)(suan)只能(neng)(neng)(neng)生成(cheng)鐵(tie)(tie)(tie)(Ⅲ)鹽(yan)。當鐵(tie)(tie)(tie)與濃硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)短時間(jian)接觸后(hou),便表現有(you)抗御與硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)進一步反應的(de)(de)作用,稱為表面(mian)鈍(dun)化,不再能(neng)(neng)(neng)溶于(yu)稀硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan),也不再能(neng)(neng)(neng)從(cong)銅(tong)(Ⅱ)鹽(yan)溶液(ye)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)置(zhi)換銅(tong),但它能(neng)(neng)(neng)溶于(yu)還原(yuan)性酸(suan)(suan)(suan),如(ru)稀鹽(yan)酸(suan)(suan)(suan)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)。這種(zhong)鈍(dun)化作用是由(you)于(yu)在(zai)(zai)鐵(tie)(tie)(tie)表面(mian)上生成(cheng)了一層氧化物保(bao)護膜。用其它氧化劑,如(ru)鉻(Ⅵ)酸(suan)(suan)(suan)也可(ke)以(yi)使(shi)鐵(tie)(tie)(tie)表面(mian)鈍(dun)化。
鐵(tie)在高于(yu)(yu)500℃時可(ke)以(yi)快速地同(tong)水蒸氣反應(ying)放(fang)出(chu)氫氣,溫(wen)度低于(yu)(yu)570℃時生(sheng)成(cheng)(cheng)的氧(yang)(yang)化(hua)物(wu)(wu)是Fe3O4,而高于(yu)(yu)此溫(wen)度時生(sheng)成(cheng)(cheng)的氧(yang)(yang)化(hua)物(wu)(wu)是FeO。二(er)氧(yang)(yang)化(hua)碳也可(ke)以(yi)同(tong)樣(yang)地與鐵(tie)反應(ying)生(sheng)成(cheng)(cheng)這(zhe)兩(liang)種氧(yang)(yang)化(hua)物(wu)(wu)(決定于(yu)(yu)溫(wen)度條件),同(tong)時二(er)氧(yang)(yang)化(hua)碳被(bei)還(huan)原(yuan)成(cheng)(cheng)一(yi)氧(yang)(yang)化(hua)碳。鐵(tie)粉在100一(yi)200℃與200atm的一(yi)氧(yang)(yang)化(hua)碳反應(ying)生(sheng)成(cheng)(cheng)揮發性的劇毒(du)化(hua)合物(wu)(wu)五羰合鐵(tie)Fe(CO)5。
鐵(tie)的(de)銹蝕(shi)(shi)(shi)是(shi)鐵(tie)與空氣(qi)(qi)(qi)和水(shui)發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)作用生(sheng)(sheng)(sheng)成水(shui)合氧化(hua)物的(de)過程。這是(shi)一(yi)個特殊的(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)問題,因為有(you)重(zhong)(zhong)大(da)的(de)經濟重(zhong)(zhong)要(yao)性而受到(dao)重(zhong)(zhong)視。鐵(tie)在(zai)室溫(wen)下的(de)銹蝕(shi)(shi)(shi)現象(xiang)與水(shui)、氧氣(qi)(qi)(qi)和一(yi)種電解質(zhi)的(de)存在(zai)是(shi)不可少的(de)。二氧化(hua)碳對鐵(tie)的(de)銹蝕(shi)(shi)(shi)影響不大(da),高濃度(du)的(de)二氧化(hua)碳氣(qi)(qi)(qi)氛其實對鐵(tie)還有(you)表面保護作用。鐵(tie)完全浸泡在(zai)表面上有(you)空氣(qi)(qi)(qi)的(de)淡(dan)水(shui)或鹽水(shui)中會發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)緩(huan)慢的(de)銹蝕(shi)(shi)(shi)作用,但(dan)如果(guo)此鐵(tie)是(shi)部(bu)分(fen)(fen)浸沒的(de),在(zai)鐵(tie)一(yi)水(shui)交界(jie)面上的(de)氧氣(qi)(qi)(qi)會迅速得到(dao)補(bu)充,便會發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)快(kuai)速的(de)銹蝕(shi)(shi)(shi)。在(zai)空氣(qi)(qi)(qi)中,如果(guo)濕度(du)達到(dao)50(水(shui)蒸氣(qi)(qi)(qi)分(fen)(fen)壓約為6mmHg),鐵(tie)件會開始發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)銹蝕(shi)(shi)(shi);如果(guo)濕度(du)達到(dao)80%,則鐵(tie)件會發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)嚴重(zhong)(zhong)的(de)銹蝕(shi)(shi)(shi)。
此時溶(rong)液中的(de)Fe2?和OH?在氧氣(qi)的(de)作用下便生成了黃棕色的(de)水合氧化鐵(tie)(Ⅲ)沉淀物鐵(tie)銹。
大氣(qi)銹(xiu)(xiu)(xiu)蝕(shi)速(su)(su)度(du)會因(yin)塵埃粒子和(he)二(er)(er)氧(yang)(yang)化硫(liu)(liu)的(de)(de)存在(zai)(zai)而(er)大大被加速(su)(su)。在(zai)(zai)濱(bin)海(hai)地區(qu),空(kong)(kong)氣(qi)塵埃中(zhong)含有(you)(you)鹽(yan)分,如(ru)果沒有(you)(you)其(qi)它促銹(xiu)(xiu)(xiu)因(yin)素(su)的(de)(de)話,銹(xiu)(xiu)(xiu)蝕(shi)速(su)(su)度(du)將(jiang)(jiang)隨距(ju)(ju)海(hai)的(de)(de)距(ju)(ju)離而(er)變,距(ju)(ju)海(hai)越(yue)遠(yuan)銹(xiu)(xiu)(xiu)蝕(shi)速(su)(su)度(du)越(yue)慢。在(zai)(zai)城區(qu)和(he)工業區(qu),空(kong)(kong)氣(qi)中(zhong)的(de)(de)二(er)(er)氧(yang)(yang)化硫(liu)(liu)將(jiang)(jiang)是促銹(xiu)(xiu)(xiu)的(de)(de)主要因(yin)素(su)。在(zai)(zai)空(kong)(kong)氣(qi)和(he)水的(de)(de)作(zuo)用下(xia),二(er)(er)氧(yang)(yang)化硫(liu)(liu)轉化成硫(liu)(liu)酸(suan),硫(liu)(liu)酸(suan)將(jiang)(jiang)侵蝕(shi)鐵(tie)(tie)制器件(jian)。當鐵(tie)(tie)或(huo)鋼的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)上(shang)出現了(le)硫(liu)(liu)酸(suan)鐵(tie)(tie)(Ⅱ)之后,在(zai)(zai)潮(chao)濕(shi)空(kong)(kong)氣(qi)中(zhong),即使(shi)不再有(you)(you)二(er)(er)氧(yang)(yang)化硫(liu)(liu),銹(xiu)(xiu)(xiu)蝕(shi)過程就繼續進行。防止鐵(tie)(tie)器銹(xiu)(xiu)(xiu)蝕(shi)的(de)(de)方法(fa)(fa)之一(yi)是在(zai)(zai)表(biao)(biao)面(mian)涂刷(shua)阻銹(xiu)(xiu)(xiu)劑(ji),如(ru)氫氧(yang)(yang)化鈉、磷(lin)(lin)酸(suan)鈉或(huo)鉻酸(suan)鉀(jia)溶(rong)液。還有(you)(you)一(yi)種“磷(lin)(lin)酸(suan)鹽(yan)化處(chu)理”,是將(jiang)(jiang)鐵(tie)(tie)器浸置(zhi)在(zai)(zai)磷(lin)(lin)酸(suan)錳(Ⅱ)或(huo)磷(lin)(lin)酸(suan)鋅(xin)(Ⅱ)溶(rong)液中(zhong),使(shi)鐵(tie)(tie)表(biao)(biao)面(mian)上(shang)生成一(yi)層(ceng)磷(lin)(lin)酸(suan)鐵(tie)(tie)(Ⅱ)蓋層(ceng)。還有(you)(you)一(yi)種防銹(xiu)(xiu)(xiu)辦(ban)(ban)法(fa)(fa)是在(zai)(zai)鐵(tie)(tie)表(biao)(biao)面(mian)上(shang)遮鍍一(yi)層(ceng)其(qi)它金屬,如(ru)鍍鋅(xin)鐵(tie)(tie)(白鐵(tie)(tie))、鍍錫鐵(tie)(tie)(馬(ma)口(kou)鐵(tie)(tie))等。涂刷(shua)紅鉛漆或(huo)油漆也是常用的(de)(de)防銹(xiu)(xiu)(xiu)辦(ban)(ban)法(fa)(fa)。
純(chun)鐵(tie)可用氫(qing)還(huan)(huan)原純(chun)氧化鐵(tie)或(huo)氫(qing)氧化鐵(tie)來制備(bei)。例如將氫(qing)氧化鐵(tie)在純(chun)氫(qing)氣(qi)流中加(jia)熱,并將溫度(du)從400℃升高(gao)至700℃直到還(huan)(huan)原過程完(wan)成(cheng)。還(huan)(huan)原鐵(tie)冷卻后吸收的氫(qing)量可以(yi)忽略不計(ji),在低溫(360一530℃)下還(huan)(huan)原氧化物(wu)所(suo)得純(chun)鐵(tie)是粉末狀固體,遇空(kong)氣(qi)會(hui)著火。
將(jiang)五羰合鐵(tie)Fe(CO)5氣化并在(zai)250℃左(zuo)右使之分解可得到不(bu)含任何(he)雜(za)質的微細粉末狀純鐵(tie),將(jiang)這(zhe)種純鐵(tie)在(zai)高真空下煅(duan)燒可以(yi)除去殘留在(zai)鐵(tie)中的痕量碳和氧,以(yi)一(yi)氧化碳的形式被除去。
單質鐵的制備一般采用冶煉法。以赤鐵礦(Fe2O3)或磁鐵礦(Fe3O4)為(wei)原料,與焦炭和助溶(rong)劑在(zai)熔礦爐內(nei)反應,焦炭燃燒產生二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(CO2),二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳與過量(liang)的焦炭接觸就(jiu)(jiu)生成(cheng)一氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(CO),一氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳和礦石內(nei)的氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鐵作(zuo)用就(jiu)(jiu)生成(cheng)金屬鐵。加入CaCO3在(zai)高溫下生成(cheng)CaO除去(qu)鐵礦石中的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
實驗室通常用一氧化碳(tan)還原(yuan)氧化鐵(tie)制(zhi)備少量單(dan)質鐵(tie)。
鐵(tie)用于(yu)農藥、粉末(mo)冶(ye)金、熱(re)氫發生器、凝膠推(tui)進(jin)劑、燃燒活性(xing)劑、催(cui)化劑、水(shui)清(qing)潔(jie)吸附劑、燒結活性(xing)劑、粉末(mo)冶(ye)金制(zhi)品(pin)、各種機(ji)械零部件(jian)制(zhi)品(pin)、硬質(zhi)合金材料制(zhi)品(pin)等。純鐵(tie)用于(yu)制(zhi)發電(dian)機(ji)和(he)電(dian)動(dong)機(ji)的鐵(tie)芯,還原(yuan)鐵(tie)粉用于(yu)粉末(mo)冶(ye)金,鋼鐵(tie)用于(yu)制(zhi)造(zao)機(ji)器和(he)工(gong)具。此外,鐵(tie)及(ji)其化合物還用于(yu)制(zhi)磁鐵(tie)、藥物、墨水(shui)、顏料、磨料等。
鐵(tie)(tie)的最重(zhong)要用(yong)途是(shi)冶煉(lian)鋼和(he)(he)合(he)(he)(he)金(jin)(jin),少(shao)部分的鐵(tie)(tie)以鑄鐵(tie)(tie)和(he)(he)生(sheng)鐵(tie)(tie)的形式(shi)應(ying)用(yong)。鐵(tie)(tie)是(shi)特種(zhong)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)鋼的重(zhong)要組成(cheng)部分,特種(zhong)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)鋼材料(liao)的鐵(tie)(tie)含量有(you)(you)時(shi)低于50%,其它組成(cheng)物有(you)(you)鉻(ge)、鎳、鈷等。在某(mou)些(xie)鎳基(ji)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)和(he)(he)鈷基(ji)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)中鐵(tie)(tie)僅為低含量組成(cheng)物,有(you)(you)時(shi)低于10%。
鐵(tie)(tie)(tie)有(you)一(yi)些(xie)少數化(hua)合(he)物可作(zuo)為人的內服藥(yao)物,例如硫酸(suan)亞鐵(tie)(tie)(tie)曾用為兒(er)童(tong)缺鐵(tie)(tie)(tie)性貧(pin)血的治療藥(yao)劑,但也有(you)報道說有(you)兒(er)童(tong)誤服大量硫酸(suan)亞鐵(tie)(tie)(tie)而導致死(si)亡的事例。誤服有(you)毒鐵(tie)(tie)(tie)化(hua)合(he)物的治療一(yi)般為內服碳酸(suan)氫鈉(na)(小(xiao)蘇打(da))水溶液和(he)致嘔吐藥(yao)劑。
鐵(tie)(tie)是(shi)(shi)地(di)殼(ke)中第(di)四個(ge)豐度最(zui)大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)元素,人們認為(wei)地(di)球的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)核(he)心主要是(shi)(shi)由鐵(tie)(tie)構成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。在(zai)地(di)殼(ke)中存在(zai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)單質鐵(tie)(tie)是(shi)(shi)極為(wei)少(shao)見的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de),但(dan)廣泛以化(hua)(hua)合態出現(xian),許多礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)(wu)由于含(han)有(you)(you)鐵(tie)(tie)化(hua)(hua)合物(wu)(wu)而(er)呈現(xian)特有(you)(you)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)顏色(se)。鐵(tie)(tie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)最(zui)重要礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)(wu)是(shi)(shi)氧化(hua)(hua)物(wu)(wu)和碳酸(suan)鹽。鐵(tie)(tie)含(han)量(liang)(liang)最(zui)高的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)(wu)是(shi)(shi)磁(ci)鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(Fe3O4),磁(ci)鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)是(shi)(shi)一(yi)種(zhong)黑色(se)有(you)(you)鐵(tie)(tie)磁(ci)性的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)(wu),磁(ci)鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)個(ge)變(bian)種(zhong)稱為(wei)“羅底石”(Lodestone)。赤鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(Fe2O3)為(wei)紅(hong)棕色(se)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)(wu),含(han)鐵(tie)(tie)量(liang)(liang)最(zui)高可(ke)達70%。褐鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)是(shi)(shi)氧化(hua)(hua)鐵(tie)(tie)(Ⅲ)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)個(ge)變(bian)種(zhong),褐鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)含(han)有(you)(you)可(ke)變(bian)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)水,但(dan)其近似組(zu)成往(wang)往(wang)是(shi)(shi)2Fe2O3?3H2O。碳酸(suan)鐵(tie)(tie)FeCO3。出現(xian)為(wei)菱(ling)鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang),碳酸(suan)鹽礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)往(wang)往(wang)與黏(nian)土和煤共生,稱為(wei)鐵(tie)(tie)石。黃鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(FeS2)是(shi)(shi)一(yi)種(zhong)常見的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)脈石礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)(wu),但(dan)黃鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)不直(zhi)接用為(wei)鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang),因(yin)為(wei)黃鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)有(you)(you)很(hen)高含(han)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)硫而(er)被(bei)看成是(shi)(shi)一(yi)種(zhong)重要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)非金屬化(hua)(hua)工原料礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)。在(zai)自(zi)然界(jie)中還存在(zai)有(you)(you)多種(zhong)多樣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)硅酸(suan)鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)。
(1)侵占土地(di)城市生(sheng)活垃圾如不能(neng)得到(dao)及時處理和(he)處置(zhi),將會占用農(nong)(nong)田,破壞農(nong)(nong)業生(sheng)產,以及地(di)貌、植被(bei)、自(zi)然景觀等。
(2)廢鐵的(de)堆積,產(chan)生銹味,嚴(yan)重影響了(le)空氣質(zhi)量。
鐵本身(shen)不具有毒性,但當(dang)攝入過量或誤服過量的鐵制劑時(shi)也(ye)可能導致鐵中毒。
短(duan)期暴(bao)露:吸(xi)入鐵(tie)粉(fen)或(huo)氧化鐵(tie)煙粉(fen)塵刺激呼(hu)吸(xi)道(dao),引起咽喉發炎、咳嗽、呼(hu)吸(xi)短(duan)促、乏力、疲勞、寒戰、出(chu)汗、肌肉和關節(jie)疼痛;皮膚(fu)接觸熱金(jin)屬會灼(zhuo)傷,眼睛接觸粉(fen)塵可導致發炎和灼(zhuo)傷;食入可導致昏睡、呆滯(zhi)、心跳和呼(hu)吸(xi)加速、休克、吐血、腹(fu)瀉(xie);
長期暴(bao)露:吸入過量會導致肺、脾、淋巴系統產生鐵積沉;吸入粉塵導致肺部產生色斑。
鐵及其氧化(hua)(hua)物的蒸汽和煙(yan)氣會對人產生一種非(fei)致命(ming)性(xing)的刺激與病痛(tong),稱為金屬煙(yan)熱(re)癥。但鐵的化(hua)(hua)合物羰基鐵Fe(CO)5卻是(shi)極毒的,羰基鐵遇熱(re)或在陽光照射下分解產生一氧化(hua)(hua)碳。
鐵(tie)是(shi)動(dong)物(wu)身體(ti)(ti)組(zu)(zu)織和(he)血(xue)液的(de)(de)極重要的(de)(de)組(zu)(zu)成物(wu)。鐵(tie)是(shi)人(ren)(ren)體(ti)(ti)中必需的(de)(de)痕量元素(su)中含量最高的(de)(de)一個(ge),約占人(ren)(ren)體(ti)(ti)總(zong)(zong)重量的(de)(de)0.006%。鐵(tie)在(zai)人(ren)(ren)體(ti)(ti)內主要分布于(yu)血(xue)紅細(xi)胞中,約占人(ren)(ren)體(ti)(ti)總(zong)(zong)鐵(tie)量的(de)(de)60%一70%。在(zai)鐵(tie)蛋白和(he)肌紅蛋白中,鐵(tie)則分別約占人(ren)(ren)體(ti)(ti)總(zong)(zong)鐵(tie)量的(de)(de)7%—15%和(he)3%—5%。鐵(tie)不僅(jin)是(shi)人(ren)(ren)體(ti)(ti)血(xue)液中交換與輸送(song)氧氣所(suo)(suo)必需的(de)(de),而且又是(shi)某(mou)些酶(mei)(如過(guo)氧化(hua)氫酶(mei)、過(guo)氧化(hua)物(wu)酶(mei)、苯丙氨酸羥化(hua)酶(mei)等)和(he)許多(duo)氧化(hua)還原體(ti)(ti)系所(suo)(suo)不可缺(que)少的(de)(de)元素(su),在(zai)生物(wu)催化(hua)、在(zai)呼吸鏈上傳遞(di)電(dian)子等方面都起(qi)著重要的(de)(de)作用。
血紅蛋(dan)(dan)白(bai)(bai)是由一(yi)種(zhong)稱為(wei)珠朊(ruan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)蛋(dan)(dan)白(bai)(bai)和含鐵(tie)(tie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)亞(ya)鐵(tie)(tie)血紅素(su)結(jie)(jie)合在(zai)(zai)一(yi)起組(zu)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de),亞(ya)鐵(tie)(tie)血紅素(su)是卟(bu)(bu)啉(lin)(lin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)(Ⅱ)絡合物,在(zai)(zai)其中鐵(tie)(tie)(Ⅱ)原子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)配(pei)位(wei)數為(wei)6。鐵(tie)(tie)(Ⅱ)與卟(bu)(bu)啉(lin)(lin)平(ping)面(mian)上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)四個吡咯環氮原子(zi)相(xiang)聯(lian)(lian)結(jie)(jie),并與珠朊(ruan)上(shang)組(zu)氨酸的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)咪唑(zuo)氮在(zai)(zai)垂直于卟(bu)(bu)啉(lin)(lin)平(ping)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)向上(shang)聯(lian)(lian)結(jie)(jie),第六(liu)個位(wei)置則可能被一(yi)個水分(fen)(fen)子(zi)所占據。這個結(jie)(jie)構(gou)允許(xu)在(zai)(zai)此第六(liu)個配(pei)位(wei)位(wei)置上(shang)可逆地吸放(fang)分(fen)(fen)子(zi)氧(yang),使(shi)紅血球得以把氧(yang)分(fen)(fen)子(zi)輸(shu)載到(dao)身體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)各部分(fen)(fen),這是動(dong)物呼吸作用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)機理。血紅蛋(dan)(dan)白(bai)(bai)對一(yi)氧(yang)化(hua)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)親合作用大于對氧(yang)分(fen)(fen)子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)親合作用,生成(cheng)碳(tan)氧(yang)血紅蛋(dan)(dan)白(bai)(bai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)過程是不(bu)可逆的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de),這就導(dao)致(zhi)了一(yi)氧(yang)化(hua)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)劇(ju)毒性(xing)。
放入緊封的儲藏(zang)器內,儲存于陰涼(liang)、干燥(zao)的庫房。
一般(ban)是鐵水運輸(shu)方(fang)式。
1.魚雷(lei)罐(guan)標準鐵路運輸方(fang)式魚雷(lei)罐(guan)具有容量大、保溫性(xing)能好、重(zhong)心(xin)低、安(an)全性(xing)高等特點,可作為鐵鋼界(jie)面間的緩沖環(huan)節,對煉鐵和煉鋼起著銜接、匹配(pei)、協調、緩沖的作用,在大型鋼鐵企業(ye)中得到廣(guang)泛應用。
2.鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)水(shui)(shui)罐(guan)運(yun)輸(shu)方式(shi)該方式(shi)采(cai)用鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)水(shui)(shui)罐(guan)作為(wei)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)水(shui)(shui)從高爐到煉鋼的運(yun)輸(shu)和儲存容器(qi),從高爐出鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)場受鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)開始至煉鋼鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)水(shui)(shui)兌(dui)入轉爐終止,全過程采(cai)用一個(ge)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)水(shui)(shui)罐(guan),減少了魚雷罐(guan)運(yun)輸(shu)流程中的鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)水(shui)(shui)倒(dao)罐(guan)環節。