คุณสมบัติ
- สัญลักษณ์อะตอม: Fe
- จำนวนอะตอม: 26
- ประเภทสินค้า: เปลี่ยนโลหะ
- ความหนาแน่น: 7.874g / cm 3
- จุดหลอมเหลว: 2800 ° F (1538 ° C)
- จุดเดือด: 5182 ° F (2862 ° C)
- ความแข็งของ Moh: 4
ลักษณะ
เหล็กบริสุทธิ์เป็นโลหะสีเงินที่นำความร้อนและไฟฟ้าได้ดี
เหล็กมีปฏิกิริยามากเกินไปที่จะอยู่คนเดียวดังนั้นจึงมีเฉพาะเกิดขึ้นตามธรรมชาติในเปลือกโลกเช่นแร่เหล็กเช่นแร่เหล็กออกไซด์ magnetite และ siderite
หนึ่งในลักษณะการระบุของเหล็กคือว่าเป็น แม่เหล็ก อย่างยิ่ง เมื่อสัมผัสกับสนามแม่เหล็กที่แรงคุณสามารถจับแม่เหล็กใด ๆ ไว้ได้ นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าแกนของโลกถูกสร้างขึ้นจากเหล็กประมาณ 90% แรงแม่เหล็กที่ผลิตโดยเหล็กนี้เป็นสิ่งที่สร้างแม่เหล็กขั้วโลกเหนือและใต้
ประวัติศาสตร์
เหล็กถูกค้นพบครั้งแรกและถูกดึงออกมาเนื่องจากการเผาไหม้ของไม้ด้านบนของแร่ธาตุที่มีธาตุเหล็ก คาร์บอนภายในตัวไม้จะทำปฏิกริยากับออกซิเจนในแร่โลหะโลหะ อ่อนที่อ่อน ได้ การถลุงเหล็กและการใช้เหล็กเพื่อทำเครื่องมือและอาวุธเริ่มขึ้นใน Mesopotamia (ปัจจุบันคือประเทศอิรัก) ระหว่าง พ.ศ. 2700 ถึง 3000 ก่อนคริสตกาล ในช่วง 2000 ปีต่อมาความรู้เกี่ยวกับการถลุงเหล็กแผ่ขยายไปทางทิศตะวันออกสู่ยุโรปและแอฟริกาในช่วงที่เรียกว่ายุคเหล็ก
ตั้งแต่ศตวรรษที่ 17 เป็นต้นมาจนกระทั่งมีการค้นพบวิธีการผลิตเหล็กที่มีประสิทธิภาพในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 เหล็กถูกใช้เป็นวัสดุโครงสร้างเพื่อทำสะพานเรือและอาคารมากขึ้น หอไอเฟลที่สร้างเมื่อปีพ. ศ. 2432 ใช้เหล็กดัดมากกว่า 7 ล้านกิโลกรัม
สนิม
ลักษณะที่น่ารำคาญที่สุดของเหล็กคือแนวโน้มที่จะก่อให้เกิดสนิม
สนิม (หรือ ferric oxide) เป็นสารประกอบที่มีสีน้ำตาลซึ่งมีการผลิตเมื่อเหล็กสัมผัสกับออกซิเจน ก๊าซออกซิเจนที่มีอยู่ในน้ำจะทำให้กระบวนการ กัดกร่อน เร็วขึ้น อัตราการเกิดสนิม - เหล็กจะเปลี่ยนเป็นเหล็กซัลเฟตได้เร็วแค่ไหน - โดยอาศัยปริมาณออกซิเจนในน้ำและพื้นที่ผิวของเหล็ก น้ำเกลือมีออกซิเจนมากกว่าน้ำจืดซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้น้ำเกลือเกิดสนิมได้เร็วกว่าน้ำจืด
สามารถป้องกันสนิมได้ด้วยการเคลือบเหล็กด้วยโลหะชนิดอื่น ๆ ซึ่งเป็นสารเคมีที่น่าสนใจสำหรับออกซิเจนเช่น สังกะสี (กระบวนการเคลือบเหล็กด้วยสังกะสีเรียกว่า 'การ ชุบสังกะสี ') อย่างไรก็ตามวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการป้องกันสนิมคือการใช้เหล็ก
เหล็ก
เหล็กเป็น โลหะผสม ของเหล็กและโลหะอื่น ๆ ซึ่งใช้เพื่อเพิ่มสมบัติ (ความแข็งแรงทนทานต่อการกัดกร่อนทนต่อความร้อน ฯลฯ ) ของเหล็ก การเปลี่ยนชนิดและปริมาณธาตุที่ผสมด้วยเหล็กสามารถผลิตเหล็กได้หลากหลายประเภท
เหล็กที่พบมากที่สุดคือ:
- เหล็กกล้าคาร์บอนซึ่งมีคาร์บอนระหว่าง 0.5-1.5% เหล็กกล้าเหล่านี้เป็นเหล็กกล้าที่พบมากที่สุดและใช้สำหรับชิ้นส่วนยานยนต์ลำตัวเรือมีดเครื่องจักรและโครงสร้างรองรับทุกประเภท
- เหล็กกล้าอัลลอยต่ำซึ่งมีโลหะอื่น ๆ 1-5% (มักเป็น นิกเกิล หรือ ทังสเตน ) เหล็กนิกเกิลสามารถทนทานต่อแรงกระแทกในระดับสูงได้จึงมักใช้ในการก่อสร้างสะพานและทำจักรยาน เหล็กทังสเตนมีรูปร่างและความแข็งแรงในสภาวะแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและใช้ในการกระแทกการใช้งานแบบโรตารี่เช่นสว่าน
- เหล็กกล้าอัลลอยด์สูงซึ่งมี 12-18% ของโลหะชนิดอื่น ๆ ใช้เฉพาะในแอพพลิเคชั่นพิเศษเนื่องจากมีต้นทุนสูง ตัวอย่างหนึ่งของเหล็กโลหะผสมสูงคือเหล็กกล้าไร้สนิมซึ่งมักประกอบด้วย โครเมียม และนิกเกิล แต่สามารถนำมาผสมกับโลหะอื่น ๆ ได้เช่นกัน เหล็กกล้าไร้สนิมมีความแข็งแรงและทนทานต่อการกัดกร่อน
การผลิต
เหล็กส่วนใหญ่ผลิตจากแร่ที่พบบริเวณพื้นผิวโลก เทคนิคการสกัดแบบสมัยใหม่ใช้เตาหลอมซึ่งเป็นลักษณะของกองสูง (ปล่องไฟเหมือนโครงสร้าง) เหล็กถูกเทลงในกองพร้อมกับถ่านโค้ก (คาร์บอนที่อุดมไปด้วยถ่านหิน) และหินปูน (แคลเซียมคาร์บอเนต) ปัจจุบันแร่เหล็กมักจะผ่านกระบวนการเผาขึ้นก่อนใส่สแต็ค กระบวนการนี้เป็นรูปแร่ที่อยู่ระหว่าง 10-25 มิลลิเมตรซึ่งผสมกับโค้กและหินปูน
เมื่อนำไปเผาที่อุณหภูมิ 1800 องศาเซลเซียสเทลงในกองซ้อนและโค้กและหินปูน โค้กไหม้เป็นแหล่งความร้อนและพร้อมกับออกซิเจนที่ถูกยิงเข้าไปในเตาช่วยในการลดก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ หินปูนผสมกับสิ่งสกปรกในเหล็กเพื่อก่อให้เกิดตะกรัน ตะกรันมีน้ำหนักเบากว่าแร่เหล็กหลอมเหลวดังนั้นจึงขึ้นไปที่พื้นผิวและสามารถถอดออกได้ง่าย เหล็กร้อนถูกเทลงในแม่พิมพ์เพื่อผลิตเหล็กกล้าหมูหรือผลิตเหล็กกล้าโดยตรง
เหล็กหมูยังคงมีคาร์บอนระหว่าง 3.5-4.5% พร้อมกับสิ่งสกปรกอื่น ๆ และมีความเปราะและทำงานได้ยาก มีการใช้กระบวนการต่างๆเพื่อลดฟอสฟอรัสและกำมะถันในเหล็กหมูเพื่อผลิตเหล็กหล่อ เหล็กดัดซึ่งมีคาร์บอนน้อยกว่า 0.25% เป็นเหล็กที่เหนียวเหนียวและเชื่อมได้ง่าย แต่ต้องใช้เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำมากและมีราคาแพงมาก
ในปี 2553 ปริมาณการผลิตแร่เหล็กทั่วโลกอยู่ที่ประมาณ 2.4 พันล้านตัน ประเทศจีนผู้ผลิตรายใหญ่ที่สุดคิดเป็นประมาณ 37.5% ของการผลิตทั้งหมดในขณะที่ประเทศผู้ผลิตรายใหญ่อื่น ๆ ได้แก่ ออสเตรเลียบราซิลอินเดียและรัสเซีย
การประยุกต์ใช้งาน
เหล็กเคยเป็นวัสดุโครงสร้างหลัก แต่เหล็กกล้าถูกแทนที่ด้วยเหล็กในการใช้งานมากที่สุด อย่างไรก็ตามเหล็กหล่อยังคงใช้ในท่อและทำชิ้นส่วนยานยนต์เช่นหัวถังทรงกระบอกและกล่องเกียร์ เหล็กดัดยังคงใช้ในการผลิตของตกแต่งบ้านเช่นชั้นวางไวน์ที่วางเทียนและราวม่าน
อ้างอิง
ถนน Arthur & Alexander, WO 1944 โลหะในการบริการของมนุษย์ ฉบับที่ 11 (พ.ศ. 2541)
สมาคมเหล็กหมูนานาชาติ
ที่มา: www.pigiron.org.uk
USGS บทสรุปโภคภัณฑ์แร่: เหล็กและเหล็กกล้า (2011)
แหล่งที่มา: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/iron_&_steel