Ejendomme
- Atomisk symbol: Fe
- Atomisk nummer: 26
- Element Kategori: Overgangsmetal
- Tæthed: 7.874g / cm3
- Smeltepunkt: 2800 ° F (1538 ° C)
- Kogepunkt: 5182 ° F (2862 ° C)
- Mohs hårdhed: 4
Egenskaber
Rent jern er et sølvfarvet metal, som udfører varme og elektricitet godt.
Jern er for reaktivt at eksistere alene, så det forekommer kun naturligt i jordskorpen som jernmalm, såsom hæmatit, magnetit og siderit.
Et af jernens identifikationsegenskaber er, at det er stærkt magnetisk . Udstødt til et stærkt magnetfelt kan ethvert stykke jern magnetiseres. Forskere mener, at jordens kerne består af ca. 90% jern. Den magnetiske kraft, der produceres af dette jern, er, hvad der skaber de magnetiske nord- og sydpoler.
Historie
Jern blev sandsynligvis oprindeligt opdaget og ekstraheret som følge af vedbrænding oven på jernholdige malmer. Kulen i træet ville have reageret med iltet i malmen, hvilket efterlod et blødt, formbart jernmetal. Jernsmeltning og brugen af jern til fremstilling af redskaber og våben begyndte i Mesopotamien (i dag irak) mellem 2700 og 3000 f.Kr. I løbet af de følgende 2000 år spredte jernsmeltning viden øst mod Europa og Afrika i en periode kaldet jernalderen.
Fra 1700-tallet blev der indtil midten af 1800-tallet fundet en effektiv metode til fremstilling af stål, hvor jern blev mere og mere brugt som et strukturelt materiale til fremstilling af skibe, broer og bygninger. Eiffeltårnet, bygget i 1889, blev lavet med over 7 millioner smedejern.
Rust
Jerns mest besværlige egenskab er dens tendens til at danne rust.
Rust (eller jernoxid) er en brun, smuldrende forbindelse, der fremstilles, når jern er udsat for ilt. Oxygen som er indeholdt i vand fremskynder korrosionsprocessen . Rustfrekvensen - hvor hurtigt jern bliver til jernoxid - bestemmes af iltindholdet i vandet og jernets overfladeareal. Saltvand indeholder mere ilt end ferskvand, hvorfor saltvand ruster jern hurtigere end ferskvand.
Rust kan forhindres ved at belægge jern med andre metaller, der er kemisk mere attraktive for ilt, såsom zink (processen med belægning af jern med zink kaldes ' galvanisering '). Den mest effektive metode til beskyttelse mod rust er imidlertid brugen af stål.
Stål
Stål er en legering af jern og forskellige andre metaller, som bruges til at forbedre egenskaberne (styrke, korrosionsbestandighed, varmens tolerance osv.) Af jern. Ændring af typen og mængden af elementerne legeret med jern kan producere forskellige typer stål.
De mest almindelige stål er:
- Kulstofstål, som indeholder mellem 0,5-1,5% kulstof. Disse er de mest almindelige stål og bruges til auto-kroppe, skibsskrog, knive, maskiner og alle typer af strukturelle understøtninger.
- Lavlegeret stål, som indeholder 1-5% andre metaller (ofte nikkel eller wolfram ). Nikkelstål er i stand til at modstå høje spændinger og bruges således ofte til konstruktion af broer og til fremstilling af cykelkæder. Tungsten stål holder deres form og styrke i høj temperatur omgivelser og bruges i slag, roterende applikationer, såsom boremaskiner.
- Stål med høj legering, som indeholder 12-18% af andre metaller, anvendes kun i specialapplikationer på grund af deres høje omkostninger. Et eksempel på et højlegeret stål er rustfrit stål, som ofte indeholder krom og nikkel, men kan også legeres med forskellige andre metaller. Rustfrit stål er meget stærkt og meget korrosionsbestandigt.
Produktion
Det meste jern produceres af malm fundet nær jordens overflade. Moderne udvindingsteknikker bruger højovne, der er karakteriseret ved deres høje stakke (skorstenlignende strukturer). Jernet hældes i stakken sammen med cola (kulstofrig kul) og kalksten (calciumcarbonat). I dag går jernmalm normalt gennem en sintringsproces, inden den kommer ind i stakken. Denne proces danner stykker malm, der er mellem 10-25 mm, som derefter blandes med koks og kalksten.
Den sintrede malm, koks og kalksten hældes derefter i stakken, hvor den brænder ved temperaturer på 1800 ° C. Koks brænder som en kilde til varme og hjælper med at danne den reducerende gascarbonmonoxid sammen med ilt, der skannes i ovnen. Kalksten blandes med urenheder i jern for at danne slagge. Slaget er lettere end smeltet jernmalm, så det stiger til overfladen og kan let fjernes. Det varme jern hældes derefter i forme til fremstilling af grisjern eller direkte forberedt til stålproduktion.
Svinjern indeholder stadig mellem 3,5-4,5% kulstof, sammen med andre urenheder, og er skør og svært at arbejde med. Forskellige processer anvendes til at nedsætte fosfor- og svovlforureningerne i råjern for at fremstille støbejern. Smedejern, der indeholder mindre end 0,25% kulstof, er hård, formbar og let svejset, men er meget mere besværlig og dyr at producere end kulstofstål.
I 2010 var den globale produktion af jernmalm omkring 2,4 mia. Tons. Kina, den største producent, tegnede sig for ca. 37,5% af al produktion, mens andre større producerende lande omfatter Australien, Brasilien, Indien og Rusland.
Applikationer
Jern var engang det primære strukturelle materiale, men det er længe blevet erstattet af stål i de fleste applikationer. Ikke desto mindre anvendes støbejern stadig i rør og til fremstilling af automotive dele, såsom cylinderhoveder, cylinderblokke og gearkasser. Smedejern bruges stadig til at producere boligindretningsprodukter, såsom vinholdere, lysestager og gardinstænger.
Referencer
Street, Arthur. & Alexander, WO 1944. Metaller i Service of Man . 11. udgave (1998).
International Pig Iron Association.
Kilde: www.pigiron.org.uk
USGS. Mineral Commodity Summaries: Iron and Steel (2011).
Kilde: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/iron_&_steel