Željezo

Željezo
Osnovna svojstva

Kemijski element
Simbol
Atomski broj

Željezo
Fe
26
Kemijska skupina prijelazni metali
Grupa, perioda, Blok 8, 4, d
Izgled sivkasta krutina
Fe,26.jpg
Gustoća1 7874 kg/m3
Tvrdoća 608 MPa (HV), 490 MPa (HB), 4,0 (Mohsova skala)
Specifični toplinski kapacitet (cp ili cV)2

(25 °C) 25,10 J mol–1 K–1

Talište 1538 °C
Vrelište3 2862 °C
Toplina taljenja 13,81 kJ mol-1
Toplina isparavanja 340 kJ mol-1

1 pri standardnom tlaku i temperaturi
2 pri konstantnom tlaku ili volumenu
3 pri standardnom tlaku

Atomska svojstva
Atomska masa 55,845(2) 
Elektronska konfiguracija [Ar] 3d6 4s2

Željezo je kemijski element koji u periodnom sustavu elemenata nosi simbol Fe, atomski (redni) broj mu je 26, a atomska masa mu iznosi 55,845(2) .

Simbol Fe dolazi od ferrum, latinskog naziva za željezo. Željezo je, kad je potpuno čisto, srebrnkastog sjaja i mekano. Ono je najvažnije od svih metala i uglavnom se koristi kao čelik, u kojem ima ugljika (do 2,06%). Nehrđajući čelik je legura sa drugim metalima, uglavnom kromom i niklom. Željezo hrđa na vlažnom zraku i otapa se u razrijeđenim kiselinama. Upotrebljava se na mnogo načina.

Željezo je u Zemljinoj kori najrašireniji metalni element, najdublja unutrašnjost Zemlje se pretežno od njega i sastoji, a tako je i sa drugim nebeskim tijelima, kako svjedoče meteoriti pali na Zemlju od kojih se polovina sastoji pretežno od željeza. U Zemljinoj kori udio je željeza oko 5%, a u cijeloj Zemlji se računa da je 37%. Na površini Zemlje prirodno željezo je samo izuzetno u elementarnom stanju (telurno željezo na otoku Disko, zapadno od Grenlanda).

Svojstva

Vista-xmag.pngPodrobniji članci o temama: Alotropije željeza i Izotopi željeza

Dijagram stanja (fazni dijagram) željezo – ugljik prikazuje razne alotropije željeza i čelika.

U čistom elementarnom stanju željezo je poput srebra: bijel, razmjerno mekan, kovan metal, kemijski dosta otporan. Čisto željezo se može magnetizirati, ali ne može zadržati magnetizam. Željezo je kemijski vrlo reaktivno i kao neplemeniti metal otapa se u neoksidirajućim kiselinama. Na zraku je vrlo nestabilno i relativno brzo oksidira (korozija). U oksidirajućim kiselinama (koncentriranoj sumpornoj i dušičnoj kiselini) površina željeza se ne otapa, nego pasivizira stvaranjem zaštitnog sloja.

Čisto elementarno željezo ima 3 kristalne forme (alotropske modifikacije):

  • alfa-željezo (α-Fe) ili ferit, stabilno ispod 906 °C s volumno centriranom kubičnom kristalnom strukturom magnetično je, a u čvrstom stanju može otopiti vrlo malo ugljika;
  • gama-željezo (γ-Fe) ili austenit, stabilno između 906 i 1403 °C s nemagnetičnom plošno centriranom kubičnom kristalnom strukturom; nemagnetično je i u čvrstom stanju može otopiti mnogo ugljika;
  • delta-željezo (δ-Fe) stabilno iznad 1403 °C s volumno centriranom kubičnom kristalnom strukturom. [1]

Alfa-željezo je feromagnetično do Curieve temperature od 770 °C (1043 K). Pri temperaturi 770 °C gubi feromagnetska svojstva, ali ne mijenja strukturu, pa se ponekad pogrešno naziva i beta-željezo.

Željezo ima 9 izotopa (maseni broj od 52 do 60) i četvrti je element po udjelu u zemljinoj kori. U prirodi se željezo nalazi kao smjesa četiri stabilna izotopa: željezo-54 (5,8%), željezo-56 (91,72%), željezo-57 (2,2%) i željezo-58 (0,28%), a ostali su izotopi radioaktivni, s kratkim vremenom poluraspada, osim izotopa željezo-60 (t1/2 = 3x105 godina). Izotop željezo-56 poznat je kao nuklid s najstabilnijom jezgrom, jer ima najveću nuklearnu energiju vezanja.

Željezo spada u grupu esencijalnih elemenata, tj. elemenata koji su neophodni za žive organizme. Željezo je važno za život biljaka i životinja: ono je sastojina hemoglobina i kloroplasta, pa ga mora sadržavati hrana toplokrvnih životinja, kao i zemlja u kojoj rastu biljke. U organizmu odraslog čovjeka ima oko 5,85 grama željeza; od toga je 55% vezano za hemoglobin, 10% ga je u mioglobinu i 17% u staničnim heminima; oko 17% željeza nalazi se i u drugim organima (kao feritin i hemosiderin). Preparati željeza ubrajaju se u najstarija ljekovita sredstva; bili su poznati već u rimsko vrijeme. Danas se željezo u obliku topljivih ferosoli najviše upotrebljava za liječenje raznih oblika anemija. Manjak željeza dovodi do anemije, a višak može izazvati oštećenje jetre i bubrega. Za neke spojeve željeza se sumnja da su kancerogeni. [2]

Sitnije čestice željeza mogu na zraku i gorjeti, pri čemu frcaju iskre usijanog oksida, a u sasvim finom razdjeljenju željezo je i piroforno, tj. samozapaljivo na zraku. S usijanim željezom vodena para reagira uz postanak oksida Fe3O4 (magnetit) i vodika. Na visokoj temperaturi željezo se direktno spaja s klorom i sa sumporom. U razrijeđenim se kiselinama tehničko željezo lako otapa. Koncentrirana sumporna kiselina ga ne nagriza (stoga se ona može spremati i prevoziti u željeznim posudama), a u koncentriranoj dušičnoj kiselini željezo postaje pasivno.

Kemijski spojevi željeza

Oksidacijska
stanja
Predstavnici kemijskih spojeva
−2 rijetki - Na2[Fe(CO)4]; atomska ljuska d10
−1 rijetki – [Fe2(CO)8]2; atomska ljuska d9
0 [Fe(CO)5]; atomska ljuska d8
1 rijetki – Na2[Fe(NO)(OH2)5]; atomska ljuska d7
2 (dvovalentno
željezo)
FeO, FeS2, Fe(OH)2, [Fe(OH2)6]2 + (voda), FeF2,
[Fe(η-C5H5)2] itd.; atomska ljuska d6
3 (trovalentno
željezo)
Fe2O3, Fe3O4, FeF3, FeCl3, Fe(OH)(O),
[Fe(OH2)6]3+ (voda) itd.; atomska ljuska d5
4 rijetko, neki kompleksi; atomska ljuska d4
5 [FeO4]3 (?); atomska ljuska d3
6 K2[FeO4]; atomska ljuska d2

U kemijskim spojevima je željezo najčešće dvovalentno ili trovalentno (fero- i feri- spojevi).

Željezo pravi spojeve u kojima ima oksidacijski broj +2, +3 i +6, a u najvažnijima i najvećem broju spojeva ima oksidacijski broj +2 (fero) i +3 (feri). Stanje +2 je najstabilnije. Šesterovalentno željezo je ferat ion FeO4 - koji je postojan samo u lužnatom mediju, a u kiselom mediju se raspada na Fe3+ i kisik, uz nešto ozona. [3]

Željezovi spojevi s kisikom

Od željezovih oksida važni su željezov(III) oksid (Fe2O3) i fero-feri-oksid (Fe3O4 x Fe2O3), koji nastaje kao crveni prah kad se žari Fe(OH)3, Fe(NO3)2 ili Fe2(SO4)3. Kao mineral, hematit tvori više ili manje guste stijene, mjestimice i velike crvene kristale. Glavna je sastojina željeznih boja (caput mortuum, kolkotar, oker). Feri-fero-oksid, Fe3O4 = FeO x Fe2O3, nastaje pri žarenju željeza i željeznih oksida na višim temperaturama. Kao magnetit najvažnija je ruda (mineralne sirovine), a od njega se prave i elektrode za tehničku elektrolizu. Sastojina je termitne smjese (pirotehnika).

Željezov(II) hidroksid, Fe(OH)2, ispada kao bijeli do svijetlozeleni talog kad se otopini soli dvovalentnog željeza u odsutnosti kisika doda lužina. Na zraku lako prelazi u smeđecrveni željezov(III) hidroksid, Fe(OH)3. Taj se taloži (s promjenjivim količinama apsorbirane vode) kao crvenosmeđi hladetinasti talog, kad se otopini soli trovalentnog željeza doda lužina. Sastojina je različitih minerala i stijena (hidrohematit, turgit, limonit, ksantosiderit, getit, stilpnosiderit, oker, lepidokrokit).

Hidratizirani željezov(III) klorid.
Berlinsko modrilo je pigment kemijske formule Fe7(CN)18.
Hematit je željezov oksidni mineral, kemijske formule α-Fe2O3, najstabilniji je i najrasprostranjeniji od svih željezovih oksida.
Magnetit, kemijska formula Fe3O4, je crni ferimagnetički željezov oksid.

Željezovi spojevi s dušikom

Željezov(II) nitrat, Fe(NO3)2, nastaje kada se željezo otapa u razrijeđenoj dušičnoj kiselini. Kristalizira iz otopine sa 6 ili 9 molekula vode u bezbojnim kristalima koji se otapaju u vodi i zbog hidrolize daju smeđu otopinu. Upotrebljava se u medicini kao adstringens protiv krvarenja u želucu i crijevima. Također služi za otežavanje svile, za štavljenje kože, kao močilo u bojadisarstu i bojadisarskom tisku, za proizvodnju berlinskog modrila i dr. Željezov(III) nitrat, željezova je sol kemijske formule Fe(NO3)3. Budući je higroskopan, često se nalazi u nonahidratnom obliku, Fe(NO3)3•9H2O), koji je kristalna tvar bezbojne do blijedo ljubičaste boje. Nastaje reakcijom željeza ili željezovih oksida s dušičnom kiselinom.

Željezovi spojevi s ugljikom

Željezov karbid ili cementit, F3C, vrlo tvrd i krt spoj, sastojina je tehničkog željeza koja uzrokuje njegovu tvrdoću.

Željezov(III) karbonat, FeCO3, nastaje kao bijel amorfan talog kad se otopina soli dvovalentnog željeza pomiješa s otopinom sode bikarbone. Na zraku gubi ugljikov dioksid i oksidira se na Fe2O3. Prirodni FeCO3, siderit, polako otapa u obliku hidrokarbonata vode koja sadržava ugljikov dioksid; tako nastaju mineralne vode, željezovite kiselice, iz kojih se u doticaju sa zrakom taloži hidroksid.

Željezovi spojevi s halogenim elementima

Željezovi(II) halogenidi su FeBr2, FeF2, FeI2 i FeCl2 i svi su topljive soli, dok su željezovi(III) halogenidi FeF3, FeCl3 i FeBr3, od kojih je željezov(III) fluorid neznato topljiv.

Željezov(II) klorid, FeCl2 x 4H2O, tvori modrozelene monoklinske kristale koji se na zraku raskvasuju i topljivi su u vodi; dobiva se otapanjem željeza u klorovodičnoj kiselini ili direktnom sintezom iz elemenata, a služi u proizvodnji bojila kao sredstvo za reduciranje. Željezov(III) klorid, FeCl3 dolazi u trgovinu u obliku prljavožutih kristalnih gruda (obično sa 6 molekula vode) koje se na zraku raskvasuju i lako se otapaju u vodi, alkoholu i eteru. Dobiva se otapanjem željeza u klorovodičnoj kiselini uz uvođenje klora. Služi kao kemijski reagens, kao močilo u bojadisarstvu za čišćenje površinskih voda, za nagrizanje metala, za proizvodnju tinte, kao oksidacijsko i kondenzacijsko sredstvo i prenosilac klora u sintezi bojila, u medicini kao adstringens (vata za zaustavljanje krvarenja rana) i dr.

Željezovi spojevi sa sumporom

Željezov(II) sulfid, FeS, kao mineral pirotin (brončane boje), dobiva se u obliku tamnosivih ili crnih gruda, ploča ili štapića s metalnim sjajem, time što se rastavljena smjesa željeza i sumpora lijeva na odgovarajuću površinu ili u kalup. U razrijeđenim kiselinama otapa se uz razvijanje sumporovodika H2S, pa se u laboratoriju upotrebljava za dobivanje tog plina. Željezov disulfid, FeS2, vrlo je raširen u prirodi kao mineral pirit (manje kao markazit), koji je zlatno žute boje s metalnim sjajem. Iz njega se prženjem dobiva sumporov dioksid za proizvodnju sulfita i sumporne kiseline.

Željezov(II) sulfat, FeSO4 x 7H2O, dobiva se u obliku svijetlozelenih monoklinih prizama iz otopine željeza u sumpornoj kiselini; u tehnici se dobiva i oksidacijom pirita na vlažnom zraku, a otpada u znatnim količinama kao sporedni proizvod pri cementaciji bakra, pri dobivanju kositra, pri proizvodnji krom alauna i titanskog bjelila; najvažnija je tehnička željezna sol i služi za dobivanje drugih spojeva željeza, također za proizvodnju tinte, za uništavanje štetnika (insekticid) i korova, u bojadisarstvu i kožarstvu, za dezinfekciju i dezodorizaciju, za konzerviranje drveta, u veterinarskoj medicini kao adstringens itd. Željezov(III) sulfat, Fe2(SO4)3, tvori bijeli ili sivobijeli prah koji se u vodi polako topi, a na zraku se raskvasuje dajući smeđu tekućinu; dobiva se tako da se kisela otopina zelene galice oksidira dušičnom kiselinom; služi kao močilo u bojadisarstu, u proizvodnji berlinskog modrila i željeznih alauna, koji se upotrebljavaju u bojadisarstvu, fotografiji i kemijskoj analizi.

Amonijev željezov(II) sulfat heksahidrat (NH4)2Fe(SO4) x 36H2O poznat je kao Mohrova sol.

Organski željezovi spojevi

Od organskih soli željeza, željezov(II) acetat, (CH3COO)2Fe x 4H2O, dobiva se otapanjem željeza u octenoj kiselini, a upotrebljava se u bojadisarstvu kao močilo i u medicini kao adstringens. Željezov amonijev oksalat, (NH4)3Fe(C2O4) x 3H2O, zeleni, u vodi lako topljivi kristali koji na svjetlu gube oksalnu kiselinu oksidacijom na CO2, pri čemu trovalentno željezo prelazi u dvovalentno. To se svojstvo upotrebljava za mjerenje količine svjetla i za kopiranje nacrta i sl. U istu svrhu, a i kao lijek protiv slabokrvnosti, upotrebljava se i željezov(II) citrat.

Upotreba

Željezo je najkorišteniji od svih metala i njegova proizvodnja čini 95% (maseno) od ukupne svjetske proizvodnje metala. Razlog tome je kombinacija niske cijene i pogodnih fizičkih svojstava, zbog čega je željezo neizostavni materijal u automobilskoj industriji, brodogradnji i graditeljstvu.

Tehničko željezo predstavlja redovito leguru željeza s većim ili manjim količinama ugljika, silicija, mangana, sumpora i fosfora, pa mu svojstva uvelike ovise o količini tih sastojina, odnosno primjesa. Dodacima drugih metala, kao kroma, titanija, molibdena, nikla, tantala, vanadija, kobalta, niobija, volframa i dr., svojstva željeza se mogu i dalje modificirati u širim granicama nego bilo kojeg drugog tehničkog metala. Stoga danas ima na tisuće vrsta tehničkih željeza za najrazličitije namjene. Tehničko željezo, osim vrsta koje su posebnim dodacima (napose nikla i kroma) učinjene kemijski otpornima (nehrđajući čelik), kemijski je manje otporno nego čisto. Ono na vlažnom zraku hrđa, tj. prevlači se slojem hidroksida koji ne štiti metal od daljeg nagrizanja. Željezo grijano na višu temperaturu pokriva se crvenom prevlakom oksida Fe3O4.

Primjena željeza je prvenstveno u obliku čelika.
Oko godine 400. sagrađen je željezni stup u Delhiju, visok 7 metara i težak više od 6 tona, koji i dan danas odolijeva monsunskim kišama i koroziji.
Kada se metalni meteoriti poliraju i jetkaju, pokazuju poznate Widmanstättenove figure.

Čelik

Vista-xmag.pngPodrobniji članak o temi: Čelik

Primjena željeza je prvenstveno u obliku čelika, a manje kao sirovog ili lijevanog željeza. Čelik je legura željeza s 0,05 do 2,06% ugljika. To je najvažniji tehnološki i konstrukcijski materijal, a do danas je poznato više od tisuću vrsta čelika. Odlikuju se velikom čvrstoćom, tvrdoćom, žilavošću, mogućnošću lijevanja i mehaničke obrade, te velikom elastičnošću.

Prema namjeni čelike možemo podijeliti na kontrukcijske, alatne i specijalne čelike. Prema sastavu mogu biti ugljični i legirani. Čelik se legira s brojnim metalima. To su najčešće nikal, krom, mangan, vanadij, volfram, molibden i kobalt, ali mogu biti i bakar, aluminij i silicij. Mangan čeliku povećava tvrdoću, čvrstoću i otpornost na habanje; nikal povećava žilavost; molibden povećava tvrdoću i otpornost na koroziju, a volfram vatrostalnost. Nehrđajući čelici sadrže primarno krom (najmanje 12%), te manje dodatke nikla.

Prema načinu prerade dijele se na sirove čelike, lijevane čelike, valjane čelike, kovne čelike, vučene čelike, itd. Prema mikrostrukturi mogu biti feritni, perlitni, martenzitni, ledeburitni i austenitni. Željena se mikrostruktura postiže sadržajem ugljika i procesom direktne ili naknadne toplinske obrade.

Povijest

Vista-xmag.pngPodrobniji članak o temi: Povijest metalurgije željeza

Arheološki dokazi upotrebe "meteoritskog željeza" za izradu sitnog nakita i oružja sežu do 5. tisućljeća pr.Kr., u današnjem Iranu i vrhovi koplja, koji datiraju iz 4. tisućljeća pr.Kr. iz drevnog Egipta. Zapisi hijeroglifima iz 2. stoljeća pr.n.e govore o "crvenom balonu s neba", što se odnosi na meteoritsko željezo. Ovo se je željezo koristilo kao ukrasni dio na vrhovima koplja. To željezo ljudi tada nisu dobivali lijevanjem ili taljenjem željeznih ruda, nego su ga obrađivali kao što su obrađivali kamen.

Negdje između 3. i 2. tisućljeća pr. Kr. pronalaze se ostaci obrađenog željeza u području Mezopotamije, Anatolije i Egipta. Ovakvi rani počeci obrađenog željeza razlikuju se od željeza meteoritskog porijekla, jer ne sadrže nikal u svom sastavu. Čini se da su ljudi tada ovo željezo koristili isključivo u religijske svrhe, a željezo je tada bilo vrijednije od zlata i vjerojatno je nastalo kao višak kod proizvodnje bronce.

Između 16. i 12. stoljeća pr. Kr. željezo se počinje snažnije koristiti; doduše i u to vrijeme bronca je se još uvijek snažno koristila. No od 1200. pr. Kr. počinje prijelaz brončanog doba u željezno doba. Smatra se da ovaj prijelaz ljudskog društva nije potaknula premoć i kvaliteta jednog materijala nad drugim, nego nedostatak kositra (koji je naime neophodan za dobivanje bronce). Ovi prvi koraci obrade željeza na počecima željeznog doba uključivali su i korištenje drvenog ugljena tijekom obrade, a rezultat ovakve obrade željeza bio je prvi proizvedeni čelik (površinski sloj željeza). Hlađenjem ovako obrađenog željeza (u pravilu pomoću neke tekućine) dobiveni materijal dobivao je elastičnost i čvrstoću, koja je bila nadmoćna osobinama nad broncom.

Željezo se počelo dobivati iz ruda, najvjerojatnije hematita (Fe2O3), oko 1500. pr. Kr., najprije u Anatoliji, današnjoj Maloj Aziji, kao tzv. “spužvasto željezo”. U to vrijeme, zbog nedovoljne temperature primitivnih peći, nije bilo moguće dobivanje lijevanog željeza, već je nastajalo “spužvasto željezo”, koje se kovanjem pretvaralo u upotrebljiv metal. Nalazišta u Uru (Irak), te u Egiptu svjedoče o ranom dobivanju željeza iz ruda. Željezo je u to vrijeme bilo nevjerojatno važan strateški materijal. Smatra se, da je pleme Hetita iz Male Azije postiglo svoju veliku vojnu moć upravo zbog rane proizvodnje željeznog oružja. U to je vrijeme cijena željeza bila veća od cijene zlata, a način njegovog dobivanja čuvao se kao najstroža tajna.

U staroj Grčkoj željezno doba počinje oko 1300. pr. Kr., a 1200. pr. Kr. željezo je već poznato u čitavom “starom svijetu”. Očvršćavanje željeza zakaljivanjem bilo je poznato oko 900. pr. Kr, a također i oporavljanje (popuštanje) zagrijavanjem. O tome svjedoče nalazi i pisani dokumenti iz Rima, Halstatta (Njemačka) i La Tene (Francuska).

Željezo je čovjeku bilo poznato već u prapovijesnim vremenima, a danas je ono kudikamo najvažniji tehnički metal. Od njega se prave mostovi, željeznice, strojevi, brodovi, građevine, itd. kao i bezbroj sitnica potrebnih u svakodnevnom životu: igle, čavli, vijci, pera, kvačice za spise, kutije za konzerve itd.

Dobivanje željeza

Visoka peć u mjestu Sestao, Španjolska.
Sirovo željezo je zbog većeg sadržaja nečistoća i ugljika, jako krhko i nepodesno za obradu ili primjenu.
Bessemerovi konverteri za dobivanja čelika.
Rad u blizini visoke peći Třinec.

Za dobivanje željeza danas se uglavnom koriste oksidne, a rjeđe karbonatne rude. Crvena željezna ruda sadrži mineral hematit. Druge rude sadrže mineral magnetit, koji je crne boje i magnetičan. Željezo rijetko nalazimo u elementarnom obliku koji se nalazi u okolici vulkana i u meteorima. Velike količine željeza korištene od željeznog doba, u prvom tisućljeću prije Krista, dobivene su taljenjem željeznih minerala, kao što je hematit.

Iz oksidnih ruda željezo se dobiva redukcijom ruda koksom, odnosno ugljikovim(II) oksidom (ugljikov monoksid) u visokim pećima. Iz ruda koje su siromašne željezom (npr. limonita), željezo se dobiva tzv. kiselim taljenjem i Kruppovim postupkom.

Dobivanje željeza u visokim pećima

Kroz gornji otvor visoke peći (grotlo), peć se naizmjenično puni slojevima koksa i rude s talioničkim dodacima. Ovisno o rudi, talionički dodatak je vapnenac ili dolomit (ako su rude kisele, jer jalovine sadrže silikate i aluminijev oksid) ili kvarcni pijesak (ako su rude alkaline, jer jalovine sadrže kalcijev oksid). Najdonji sloj koksa se zapali, a dovodi mu se vruć zrak (do 800 °C) obogaćen kisikom. Pri tom koks izgara dajući najprije CO2, a zatim prolaskom kroz sljedeći sloj koksa prelazi u CO:

2 C + O2 → 2 CO

Nastali ugljikov(II) oksid (ugljikov monoksid) glavno je redukcijsko sredstvo koje postupno, ovisno o temperaturi pojedinih zona peći, sve više reducira okside željeza, dok konačno ne nastane tzv. spužvasto željezo, a sve reakcije se sumarno mogu svesti na:

Fe2O3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO2

Reakcijama oslobođeni CO2 (koji nastaje raspadom karbonata) reagira s ugrijanim koksom dajući ponovo CO, koji se u manje vrućim dijelovima peći raspada na CO2 i fino dispergirani ugljik, koji se otapa u spužvastom željezu. Ugljik tako snizuje talište reduciranog željeza na 1100 - 1200 °C. Rastaljeno željezo se, zbog veće gustoće, slijeva polagano u donji dio peći i skuplja se na dnu odakle se ispušta u kalupe ili vagonete kojima se odvozi na daljnju preradu. Tekuća i lakša troska pliva na rastaljenom željezu i ispušta se kroz nešto više smješten ispust.

Proizvodi koji nastaju u visokoj peći su:

  • Sirovo željezo. Polaganim hlađenjem dobiva se sivo sirovo željezo iz kojeg se izlučio grafit. Naglim hlađenjem dobiva se bijelo sirovo željezo iz kojeg se grafit nije stigao izlučiti. Međutim, sirovo željezo obično se ne hladi nego odmah prerađuje u čelike.
  • Grotleni plin nastaje kao proizvod navedenih procesa gorenja, a sastoji se od dušika, ugljikovog dioksida, ugljikovog monoksida, vodika i metana. Koristi se za zagrijavanje zraka koji se upuhuje u peć.

Sirovo željezo

Sirovo željezo je zbog većeg sadržaja nečistoća i ugljika, jako krhko i nepodesno za obradu ili primjenu. Može se koristiti samo za lijevanje najgrubljih masivnih predmeta (npr. postolja), koji nisu mehanički ili toplinski opterećeni. Da bi se dobilo kvalitetnije željezo ili čelik, sirovo se željezo prerađuje, što uključuje smanjenje sadržaja svih primjesa i podešavanje željenog sadržaja ugljika, koji bitno određuje kvalitetu čelika. Čelikom se smatra legura željeza od 0,05 do 2,06% ugljika. Pročišćeno sirovo željezo koje sadrži više od 1,7%, a manje od 2,5% ugljika obično zovemo lijevano željezo, a koristi se za izradu masivnijih željeznih odljevaka za razna postolja, nosače, kostrukcijsko i građevinsko željezo itd. Mješanjem sirovog željeza s talinom kvarcnog pijeska i pretaljivanjem te smjese u pećima obloženim Fe2O3, u talini se dobiva spužvasto, porozno željezo, u kojem prisutni Fe2O3 oksidira većinu primjesa. Dobiva se tzv. profilno željezo jer se direktno iz peći, pod tlakom koji istiskuje silikatnu masu s otopljenim primjesama, izvlače profilni proizvodi željeza (cijevi, tračnice, šipke itd.).

Proizvodnja čelika

Postoji više postupaka prerade željeza u čelike, a najčešći su: [4]

  • neposrednim propuhivanjem kisika ili zraka obogaćenog kisikom kroz rastaljeno željezo u konverterima. Najviše se koriste Bessemerov i Thomasov postupak. Razlikuju se u tome što se Thomasovim postupkom iz sirova željeza može ukloniti i fosfor.
  • posrednom oksidacijom koja se provodi u Siemens - Martinovim pećima. Kod ovog postupka oksidaciju vrši kisik iz plinova iznad taline.
  • LD postupkom s čistim kisikom (99,9%), u kojem se kisik ne provodi kroz talinu, nego provodi kroz vodom hlađenu kapljastu cijev, koja seže do jednog metra iznad taline. Danas se ovaj postupak sve više primjenjuje.
  • elektrolučni postupak u kojem se sirovo željezo tali električnim lukom. Ovo je moderniji postupak dobivanja legiranih čelika u kojima je udio drugih metala veći od 5%.

Nalazišta

Željeza ima u sastavu Mjeseca, Sunca i drugih nebeskih tijela kao i na Zemlji gdje je najrasprostranjeniji metal. Zemljina se jezgra najvećim dijelom sastoji od kovinasta željeza, s nešto nikla, a upravo taj sastav željeza u vanjskoj tekućini jezgre i u njezinim čvrstim unutrašnjim dijelovima daje Zemlji njezino magnetno polje. Može se naći kao i mineral, ali rijetko, jer željezo se spremno spaja s kisikom i vodom pa stvara okside i druge minerale. Povremeno se nalazi u nekim promijenjenim bazaltima, gdje su željezni minerali svedeni na urođeno željezo.

Na mnogim mjestima Zemljine površine spojeno se željezo nakupilo u većim koncentracijama, a stijene koje sadržavaju 20% i više željeza mogu služiti kao željezne rude. Najvažnije od njih sadržavaju minerale hematit (Fe2O3), limonit (FeO(OH)) i magnetit (Fe3O4); vrlo rašireni pirit (FeS2) i siderit (FeCO3) moraju se pržiti prije preradbe u sirovo željezo da prijeđu u oksid. Iz rude se sirovo željezo dobiva preradbom u visokoj peći. Tako dobiveno sirovo željezo upotrebljava se manjim dijelom za proizvodnju predmeta lijevanjem, a većim dijelom prerađuje se u čelik. Vivijanit je kristal, željezni fosfat.

Izvori

  1. [1] "Fizikalna metalurgija I", dr.sc. Tanja Matković, dr.sc. Prosper Matković, www.simet.unizg.hr, 2011.
  2. [2] "Elementi u tragovima - željezo", Iz knjige: prof. dr. Roko Živković "Dijetoterapija", www.zzjzpgz.hr, 2011.
  3. [3] "ŽELJEZO, Fe", www.pse.pbf.hr, 2011.
  4. "Strojarski priručnik", Bojan Kraut, Tehnička knjiga Zagreb 2009.
Logotip Wječnika
Potraži Željezo u
Wječniku, slobodnom rječniku.


Predložak:Link FA Predložak:Link FA