鐵(Ferrum)是一種金屬(shu)元素(su),原子(zi)序數為(wei)26,位于(yu)周期(qi)表第四周期(qi),第VIII族。
純鐵(tie)(tie)是(shi)銀白色有(you)光澤的金屬,密度7.86g/cm3,熔點1539℃。鐵(tie)(tie)除(chu)了有(you)導電性、導熱(re)性、延展性外,還能被磁鐵(tie)(tie)吸引(yin),具(ju)有(you)鐵(tie)(tie)磁性。
鐵(tie)的(de)重要化(hua)(hua)(hua)合物(wu)有三氧(yang)化(hua)(hua)(hua)二(er)鐵(tie)、四(si)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)三鐵(tie)、氯化(hua)(hua)(hua)鐵(tie)及鐵(tie)的(de)配(pei)合物(wu)等(deng)。自然(ran)界中(zhong)主(zhu)要礦物(wu)是(shi)赤鐵(tie)礦(主(zhu)要是(shi)三氧(yang)化(hua)(hua)(hua)二(er)鐵(tie)),磁(ci)鐵(tie)礦(主(zhu)要是(shi)四(si)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)三鐵(tie))和(he)菱鐵(tie)礦(主(zhu)要是(shi)碳(tan)酸亞(ya)鐵(tie))等(deng)。工業上(shang)用鐵(tie)礦、焦炭(tan)和(he)石灰石混合在高爐中(zhong)冶煉而得(de),根據含碳(tan)量不同可分為生鐵(tie)、熟鐵(tie)和(he)鋼。
古(gu)代(dai)社會鐵(tie)器時(shi)代(dai)大約起始(shi)于前2000年(nian),但最早發(fa)現(xian)和使用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)鐵(tie)是(shi)(shi)來自外空(kong)的(de)(de)(de)(de)(de)隕(yun)鐵(tie)。隕(yun)鐵(tie)是(shi)(shi)鐵(tie)和鎳、鈷等(deng)金屬的(de)(de)(de)(de)(de)混(hun)合物、含鐵(tie)量較高。在(zai)埃(ai)(ai)及、西(xi)(xi)南亞等(deng)地一些文明(ming)古(gu)國所發(fa)現(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)最早的(de)(de)(de)(de)(de)鐵(tie)器,都是(shi)(shi)由隕(yun)鐵(tie)加工而成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)。1972年(nian)中(zhong)國河北省藁城縣臺西(xi)(xi)村出土了一把(ba)商(shang)代(dai)鐵(tie)刃(ren)青銅鉞(yue),制造年(nian)代(dai)約在(zai)前14世紀。在(zai)青銅鉞(yue)上嵌的(de)(de)(de)(de)(de)鐵(tie)刃(ren),是(shi)(shi)將(jiang)隕(yun)鐵(tie)經加熱(re)鍛打(da)后,和鉞(yue)體嵌鍛在(zai)一起的(de)(de)(de)(de)(de)。中(zhong)國還(huan)曾出土過類似的(de)(de)(de)(de)(de)鐵(tie)刃(ren)銅鉞(yue)和鐵(tie)援銅戈各一件,年(nian)代(dai)相當于商(shang)末周初(chu),鐵(tie)的(de)(de)(de)(de)(de)部(bu)分也是(shi)(shi)由隕(yun)鐵(tie)加工成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)。古(gu)埃(ai)(ai)及人把(ba)鐵(tie)叫做“天(tian)石”,可見人類最早認識鐵(tie)是(shi)(shi)從隕(yun)石開始(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)。天(tian)外來的(de)(de)(de)(de)(de)隕(yun)石數量很(hen)少,因此用(yong)(yong)隕(yun)石制作(zuo)的(de)(de)(de)(de)(de)器具當然(ran)稀(xi)少而珍(zhen)貴,同時(shi)還(huan)帶有神秘的(de)(de)(de)(de)(de)色彩。用(yong)(yong)隕(yun)石作(zuo)工具是(shi)(shi)很(hen)少的(de)(de)(de)(de)(de),所以(yi)對生產進步沒有什(shen)么明(ming)顯影響,但通過隕(yun)石的(de)(de)(de)(de)(de)利用(yong)(yong),畢(bi)竟(jing)使人類最早接(jie)觸并(bing)認識到鐵(tie)。
冶(ye)鐵(tie)(tie)(tie)技(ji)術發(fa)明(ming)于原始社(she)會(hui)(hui)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)末期。冶(ye)鐵(tie)(tie)(tie)技(ji)術的(de)(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)明(ming),代表冶(ye)金史的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)個(ge)新(xin)階(jie)段的(de)(de)(de)(de)(de)(de)開始。居(ju)住在(zai)(zai)亞美尼亞山(shan)地的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基茲溫達部落在(zai)(zai)前2000年時(shi),就(jiu)發(fa)明(ming)了(le)一(yi)(yi)種(zhong)煉鐵(tie)(tie)(tie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)有效方(fang)法,后來逐步(bu)傳開了(le)。小亞細亞的(de)(de)(de)(de)(de)(de)赫梯(ti)人(ren)在(zai)(zai)前1400年左(zuo)右也已掌握了(le)冶(ye)鐵(tie)(tie)(tie)技(ji)術;兩河流域北部的(de)(de)(de)(de)(de)(de)亞述人(ren),在(zai)(zai)前1300年已進(jin)(jin)入(ru)鐵(tie)(tie)(tie)器時(shi)代。鐵(tie)(tie)(tie)制(zhi)工(gong)(gong)具(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)大(da)量(liang)出現(xian),社(she)會(hui)(hui)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)力顯著(zhu)提高(gao),從(cong)而對社(she)會(hui)(hui)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)展(zhan)(zhan)產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)巨大(da)影響。有些民族因(yin)此(ci)而迅速地由(you)原始公社(she)制(zhi)過(guo)渡到奴(nu)隸(li)社(she)會(hui)(hui)。古希臘(la)和古羅馬的(de)(de)(de)(de)(de)(de)奴(nu)隸(li)社(she)會(hui)(hui)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)產(chan)(chan)生(sheng)(sheng),就(jiu)是由(you)于鐵(tie)(tie)(tie)制(zhi)工(gong)(gong)具(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)廣泛使(shi)用,促使(shi)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)力大(da)大(da)提高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)結果。在(zai)(zai)古代中國、埃及(ji)等文(wen)明(ming)古國,則因(yin)有適合農業耕作的(de)(de)(de)(de)(de)(de)沖積平原,有便(bian)利的(de)(de)(de)(de)(de)(de)灌溉系(xi)統(tong),所以在(zai)(zai)擁有青(qing)銅工(gong)(gong)具(ju)后,便(bian)已進(jin)(jin)入(ru)奴(nu)隸(li)社(she)會(hui)(hui),而一(yi)(yi)旦鐵(tie)(tie)(tie)制(zhi)工(gong)(gong)具(ju)逐步(bu)取(qu)代了(le)青(qing)銅工(gong)(gong)具(ju),生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)力獲得飛速發(fa)展(zhan)(zhan),生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)關(guan)系(xi)進(jin)(jin)一(yi)(yi)步(bu)發(fa)生(sheng)(sheng)變化,社(she)會(hui)(hui)便(bian)又前進(jin)(jin)一(yi)(yi)步(bu)向封建制(zhi)度過(guo)渡。
冶鐵技(ji)術和青(qing)銅冶煉(lian)技(ji)術一樣,首先是(shi)由(you)于社會生產(chan)發(fa)展的(de)需要。青(qing)銅工具在生產(chan)中(zhong)的(de)作用誘使(shi)人們去尋找(zhao)(zhao)更多的(de)金屬(shu)(shu)資源,但因銅礦(kuang)分布不廣,錫、鉛礦(kuang)更是(shi)稀(xi)少(shao),人們很自然地要去尋找(zhao)(zhao)新的(de)金屬(shu)(shu)。另外,在當時已具備了(le)冶鐵的(de)物質和技(ji)術條件(jian),特別是(shi)許多民族已有(you)冶煉(lian)青(qing)銅的(de)經驗,發(fa)明冶鐵技(ji)術是(shi)很自然的(de)。
早(zao)期(qi)的(de)冶(ye)鐵(tie)(tie)技術(shu)(shu),大多(duo)采用(yong)“固體(ti)還(huan)原(yuan)法”,即冶(ye)鐵(tie)(tie)時,將(jiang)鐵(tie)(tie)礦(kuang)石和木炭一(yi)層夾一(yi)層地碼放在(zai)爐窯中(zhong),點火焙燒,在(zai)650—1000℃溫度下,利用(yong)碳的(de)不完全(quan)燃燒,產(chan)生一(yi)氧化碳,使鐵(tie)(tie)礦(kuang)中(zhong)的(de)氧化鐵(tie)(tie)被還(huan)原(yuan)成(cheng)鐵(tie)(tie)。但由(you)于溫度不夠高,還(huan)原(yuan)出來的(de)鐵(tie)(tie)以塊狀沉到爐底,人(ren)們只(zhi)能待鐵(tie)(tie)煉成(cheng)爐窯冷卻(que)后將(jiang)鐵(tie)(tie)塊取(qu)出。這種鐵(tie)(tie)實際上是海綿鐵(tie)(tie),表(biao)面粗糙(cao),夾雜渣滓(zi),不具有(you)明(ming)顯(xian)金屬特征,有(you)的(de)其(qi)堅(jian)韌性還(huan)不如青銅。因此。中(zhong)國古(gu)代(dai)人(ren)稱這種鐵(tie)(tie)為“惡(e)金”。這就造成(cheng)一(yi)種情況(kuang),盡(jin)管(guan)冶(ye)鐵(tie)(tie)技術(shu)(shu)的(de)發明(ming)雖比青銅技術(shu)(shu)只(zhi)稍晚一(yi)些(xie),但在(zai)有(you)發達(da)的(de)青銅冶(ye)煉業(ye)的(de)民族那(nei)里(li),鐵(tie)(tie)器的(de)廣(guang)泛(fan)使用(yong)卻(que)常較使用(yong)青銅器推遲了很多(duo)年。
在人(ren)(ren)們(men)經過一段實踐(jian)摸(mo)索的認(ren)識過程后(hou),終(zhong)于發(fa)現(xian),將(jiang)煉出的鐵(tie)(tie)塊(kuai)反復加熱和(he)壓延錘(chui)打,才能使(shi)鐵(tie)(tie)柔韌不脆。人(ren)(ren)們(men)還發(fa)現(xian)將(jiang)赤熱的鍛鐵(tie)(tie)猛淬入冷水,會變(bian)成(cheng)堅韌的好鐵(tie)(tie)。這(zhe)種好鐵(tie)(tie)的性能遠(yuan)遠(yuan)超越(yue)于青銅之上。當人(ren)(ren)們(men)能廣泛用這(zhe)種鍛鐵(tie)(tie)制造工(gong)(gong)具時,青銅工(gong)(gong)具才逐漸被鐵(tie)(tie)器取代。
鐵(tie)(tie)(tie)(tie)是一(yi)種銀白色頗軟的(de)(de)(de)(de)(de)(de)金(jin)屬,有良(liang)好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)延展(zhan)(zhan)(zhan)性(xing),鐵(tie)(tie)(tie)(tie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)性(xing)質會因摻雜了痕量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)其(qi)它元素而發生變化。鐵(tie)(tie)(tie)(tie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)性(xing)在(zai)極大程度(du)上決定于所(suo)含的(de)(de)(de)(de)(de)(de)雜質,并(bing)且(qie)會因退火的(de)(de)(de)(de)(de)(de)程度(du)而變。鐵(tie)(tie)(tie)(tie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)純度(du)越(yue)高磁(ci)(ci)(ci)導率越(yue)大,且(qie)降低了鐵(tie)(tie)(tie)(tie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)滯后損失。以鐵(tie)(tie)(tie)(tie)和鈷為基體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鋼或合(he)金(jin)用于制造(zao)永磁(ci)(ci)(ci)體(ti),常(chang)用鐵(tie)(tie)(tie)(tie)與(yu)其(qi)它鐵(tie)(tie)(tie)(tie)磁(ci)(ci)(ci)性(xing)金(jin)屬鈷和鎳(nie)所(suo)制的(de)(de)(de)(de)(de)(de)合(he)金(jin),例如FeNi和FeNi?都有很高的(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)導率。鐵(tie)(tie)(tie)(tie)一(yi)鈷一(yi)鎳(nie)系(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)永磁(ci)(ci)(ci)合(he)金(jin)和鐵(tie)(tie)(tie)(tie)氧(yang)體(ti)磁(ci)(ci)(ci)性(xing)材料屬于第一(yi)代合(he)成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)永磁(ci)(ci)(ci)體(ti)。近(jin)20年(nian)來(lai)發展(zhan)(zhan)(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)第二代永磁(ci)(ci)(ci)合(he)金(jin)是稀土鈷系(xi)合(he)金(jin),如SmCo5和Sm2Co17等,近(jin)10年(nian)來(lai)則發展(zhan)(zhan)(zhan)了第三代永磁(ci)(ci)(ci)合(he)金(jin)Nd一(yi)Fe一(yi)B系(xi)合(he)金(jin)。近(jin)年(nian)又發展(zhan)(zhan)(zhan)起(qi)來(lai)Sm一(yi)Fe一(yi)N系(xi)永磁(ci)(ci)(ci)合(he)金(jin),是以Sm2Fe17為基質進行滲氮而得(de)到(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)種綜(zong)合(he)性(xing)能優越(yue)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)永磁(ci)(ci)(ci)體(ti),有可能成為第四代新型永磁(ci)(ci)(ci)合(he)金(jin)。
鐵(tie)(tie)(tie)(tie)能(neng)在(zai)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)下(xia)吸收氫生成(cheng)固溶體(ti)。在(zai)溫(wen)(wen)度(du)(du)高(gao)(gao)于800℃時鐵(tie)(tie)(tie)(tie)能(neng)與(yu)少量氮反(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying),但反(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)速度(du)(du)很(hen)慢,在(zai)溫(wen)(wen)度(du)(du)超過400℃時很(hen)容易與(yu)氨氣(qi)反(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying),生成(cheng)Fe?N。這是(shi)(shi)鋼鐵(tie)(tie)(tie)(tie)表面氮化(hua)(hua)(hua)生成(cheng)硬保護(hu)膜層的(de)反(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)原(yuan)理。鐵(tie)(tie)(tie)(tie)容易和(he)大多數非金屬在(zai)適當高(gao)(gao)溫(wen)(wen)下(xia)反(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)生成(cheng)二元(yuan)化(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)(wu)。鐵(tie)(tie)(tie)(tie)與(yu)氧的(de)反(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)決定(ding)于反(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)條件,新還原(yuan)出來的(de)微細鐵(tie)(tie)(tie)(tie)粉在(zai)空(kong)氣(qi)中(zhong)室溫(wen)(wen)下(xia)就(jiu)會自燃(ran)。塊狀(zhuang)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)在(zai)溫(wen)(wen)度(du)(du)超過150℃時在(zai)干(gan)燥空(kong)氣(qi)中(zhong)就(jiu)開始氧化(hua)(hua)(hua),在(zai)過量氧氣(qi)中(zhong)生成(cheng)的(de)主(zhu)要(yao)產物(wu)(wu)(wu)是(shi)(shi)Fe?O?和(he)Fe?O?,高(gao)(gao)于575℃和(he)低(di)氧空(kong)氣(qi)中(zhong)則(ze)主(zhu)要(yao)氧化(hua)(hua)(hua)產物(wu)(wu)(wu)為FeO。鐵(tie)(tie)(tie)(tie)與(yu)硫(liu)或磷反(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)時放出大量熱,分別生成(cheng)FeS和(he)Fe?P。鹵素則(ze)可在(zai)較低(di)溫(wen)(wen)度(du)(du)(-200℃)與(yu)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)反(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying),氟(fu)、氯和(he)溴(xiu)與(yu)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)反(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)生成(cheng)Fe(Ⅲ)化(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)(wu)FeX?,而碘則(ze)只生成(cheng)Fe(Ⅰ)化(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)(wu)FeI?。
以上(shang)電(dian)勢(shi)表明,單(dan)質鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)在(zai)酸(suan)(suan)(suan)性(xing)溶液(ye)中(zhong)(zhong)是一(yi)種還(huan)原劑(ji),而在(zai)堿性(xing)溶液(ye)中(zhong)(zhong)則是一(yi)種更強(qiang)的(de)還(huan)原劑(ji)。依照鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)的(de)電(dian)勢(shi)在(zai)電(dian)位序中(zhong)(zhong)的(de)位置(zhi)(zhi)。可(ke)以從稀(xi)(xi)酸(suan)(suan)(suan)水溶液(ye)中(zhong)(zhong)置(zhi)(zhi)換(huan)出氫(qing)氣,能(neng)從銅(tong)(Ⅱ)鹽(yan)(yan)(yan)溶液(ye)中(zhong)(zhong)置(zhi)(zhi)換(huan)銅(tong),本身則轉化(hua)(hua)成鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(Ⅱ)鹽(yan)(yan)(yan)。當(dang)用普通(tong)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)與稀(xi)(xi)硫酸(suan)(suan)(suan)或(huo)鹽(yan)(yan)(yan)酸(suan)(suan)(suan)反應時,放出的(de)氫(qing)氣有(you)一(yi)種極特別(bie)的(de)氣味,這是由于(yu)氫(qing)氣中(zhong)(zhong)夾雜(za)了(le)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)中(zhong)(zhong)雜(za)質元(yuan)素(如(ru)(ru)碳、硫、磷、砷等(deng))的(de)氫(qing)化(hua)(hua)物(wu)所(suo)致。氧化(hua)(hua)性(xing)酸(suan)(suan)(suan),如(ru)(ru)硝酸(suan)(suan)(suan)、冷稀(xi)(xi)酸(suan)(suan)(suan)仍可(ke)與鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)生成鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(Ⅱ)鹽(yan)(yan)(yan),但熱濃酸(suan)(suan)(suan)只能(neng)生成鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(Ⅲ)鹽(yan)(yan)(yan)。當(dang)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)與濃硝酸(suan)(suan)(suan)短時間(jian)接(jie)觸后,便(bian)表現有(you)抗御(yu)與硝酸(suan)(suan)(suan)進一(yi)步反應的(de)作(zuo)用,稱為表面(mian)(mian)鈍化(hua)(hua),不(bu)再能(neng)溶于(yu)稀(xi)(xi)硝酸(suan)(suan)(suan),也(ye)不(bu)再能(neng)從銅(tong)(Ⅱ)鹽(yan)(yan)(yan)溶液(ye)中(zhong)(zhong)置(zhi)(zhi)換(huan)銅(tong),但它(ta)能(neng)溶于(yu)還(huan)原性(xing)酸(suan)(suan)(suan),如(ru)(ru)稀(xi)(xi)鹽(yan)(yan)(yan)酸(suan)(suan)(suan)中(zhong)(zhong)。這種鈍化(hua)(hua)作(zuo)用是由于(yu)在(zai)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)表面(mian)(mian)上(shang)生成了(le)一(yi)層氧化(hua)(hua)物(wu)保護膜。用其它(ta)氧化(hua)(hua)劑(ji),如(ru)(ru)鉻(Ⅵ)酸(suan)(suan)(suan)也(ye)可(ke)以使鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)表面(mian)(mian)鈍化(hua)(hua)。
鐵(tie)(tie)(tie)在高(gao)于(yu)500℃時(shi)可以(yi)快速(su)地同(tong)水(shui)蒸氣反(fan)應放出氫氣,溫(wen)(wen)度低于(yu)570℃時(shi)生(sheng)成的(de)氧(yang)化(hua)物是(shi)Fe3O4,而高(gao)于(yu)此(ci)溫(wen)(wen)度時(shi)生(sheng)成的(de)氧(yang)化(hua)物是(shi)FeO。二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)也可以(yi)同(tong)樣地與(yu)鐵(tie)(tie)(tie)反(fan)應生(sheng)成這兩種氧(yang)化(hua)物(決(jue)定(ding)于(yu)溫(wen)(wen)度條件),同(tong)時(shi)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)被(bei)還原成一氧(yang)化(hua)碳(tan)。鐵(tie)(tie)(tie)粉在100一200℃與(yu)200atm的(de)一氧(yang)化(hua)碳(tan)反(fan)應生(sheng)成揮發性(xing)的(de)劇毒(du)化(hua)合(he)物五(wu)羰(tang)合(he)鐵(tie)(tie)(tie)Fe(CO)5。
鐵(tie)的(de)(de)(de)銹(xiu)蝕(shi)是(shi)鐵(tie)與空(kong)氣(qi)(qi)和(he)水(shui)發(fa)生作用生成(cheng)水(shui)合氧(yang)化(hua)物(wu)的(de)(de)(de)過程。這(zhe)是(shi)一個(ge)特殊的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)問題,因(yin)為有(you)重(zhong)大的(de)(de)(de)經濟(ji)重(zhong)要性而受到重(zhong)視。鐵(tie)在(zai)(zai)室溫下的(de)(de)(de)銹(xiu)蝕(shi)現象與水(shui)、氧(yang)氣(qi)(qi)和(he)一種電解質的(de)(de)(de)存在(zai)(zai)是(shi)不可少(shao)的(de)(de)(de)。二氧(yang)化(hua)碳對鐵(tie)的(de)(de)(de)銹(xiu)蝕(shi)影響(xiang)不大,高濃度(du)的(de)(de)(de)二氧(yang)化(hua)碳氣(qi)(qi)氛其(qi)實(shi)對鐵(tie)還有(you)表面保護作用。鐵(tie)完(wan)全浸泡在(zai)(zai)表面上(shang)有(you)空(kong)氣(qi)(qi)的(de)(de)(de)淡(dan)水(shui)或鹽水(shui)中(zhong)會發(fa)生緩(huan)慢的(de)(de)(de)銹(xiu)蝕(shi)作用,但如果(guo)此鐵(tie)是(shi)部分(fen)浸沒的(de)(de)(de),在(zai)(zai)鐵(tie)一水(shui)交界面上(shang)的(de)(de)(de)氧(yang)氣(qi)(qi)會迅速得到補(bu)充,便會發(fa)生快速的(de)(de)(de)銹(xiu)蝕(shi)。在(zai)(zai)空(kong)氣(qi)(qi)中(zhong),如果(guo)濕(shi)(shi)度(du)達(da)(da)到50(水(shui)蒸氣(qi)(qi)分(fen)壓約為6mmHg),鐵(tie)件(jian)會開始發(fa)生銹(xiu)蝕(shi);如果(guo)濕(shi)(shi)度(du)達(da)(da)到80%,則鐵(tie)件(jian)會發(fa)生嚴重(zhong)的(de)(de)(de)銹(xiu)蝕(shi)。
此時溶液(ye)中的Fe2?和OH?在氧氣(qi)的作用下(xia)便生成了黃棕(zong)色的水合氧化(hua)鐵(Ⅲ)沉淀物鐵銹。
大氣(qi)銹(xiu)(xiu)(xiu)蝕速(su)度(du)會因塵埃(ai)粒子和二(er)氧化(hua)(hua)硫(liu)(liu)的存(cun)在(zai)而(er)大大被加速(su)。在(zai)濱海(hai)地區(qu),空(kong)氣(qi)塵埃(ai)中含(han)有(you)(you)鹽分,如(ru)果沒有(you)(you)其它促銹(xiu)(xiu)(xiu)因素的話,銹(xiu)(xiu)(xiu)蝕速(su)度(du)將隨距海(hai)的距離而(er)變,距海(hai)越遠銹(xiu)(xiu)(xiu)蝕速(su)度(du)越慢。在(zai)城區(qu)和工業區(qu),空(kong)氣(qi)中的二(er)氧化(hua)(hua)硫(liu)(liu)將是(shi)促銹(xiu)(xiu)(xiu)的主(zhu)要因素。在(zai)空(kong)氣(qi)和水(shui)的作用下,二(er)氧化(hua)(hua)硫(liu)(liu)轉(zhuan)化(hua)(hua)成(cheng)硫(liu)(liu)酸(suan),硫(liu)(liu)酸(suan)將侵蝕鐵(tie)(tie)(tie)制器(qi)件。當鐵(tie)(tie)(tie)或(huo)鋼(gang)的表(biao)(biao)(biao)面(mian)上(shang)(shang)(shang)出現了硫(liu)(liu)酸(suan)鐵(tie)(tie)(tie)(Ⅱ)之(zhi)后(hou),在(zai)潮濕空(kong)氣(qi)中,即使不(bu)再有(you)(you)二(er)氧化(hua)(hua)硫(liu)(liu),銹(xiu)(xiu)(xiu)蝕過程就繼續進(jin)行。防(fang)(fang)止鐵(tie)(tie)(tie)器(qi)銹(xiu)(xiu)(xiu)蝕的方法(fa)之(zhi)一是(shi)在(zai)表(biao)(biao)(biao)面(mian)涂刷阻銹(xiu)(xiu)(xiu)劑,如(ru)氫氧化(hua)(hua)鈉(na)、磷(lin)酸(suan)鈉(na)或(huo)鉻酸(suan)鉀溶液。還有(you)(you)一種(zhong)“磷(lin)酸(suan)鹽化(hua)(hua)處(chu)理(li)”,是(shi)將鐵(tie)(tie)(tie)器(qi)浸(jin)置在(zai)磷(lin)酸(suan)錳(Ⅱ)或(huo)磷(lin)酸(suan)鋅(Ⅱ)溶液中,使鐵(tie)(tie)(tie)表(biao)(biao)(biao)面(mian)上(shang)(shang)(shang)生(sheng)成(cheng)一層(ceng)磷(lin)酸(suan)鐵(tie)(tie)(tie)(Ⅱ)蓋層(ceng)。還有(you)(you)一種(zhong)防(fang)(fang)銹(xiu)(xiu)(xiu)辦法(fa)是(shi)在(zai)鐵(tie)(tie)(tie)表(biao)(biao)(biao)面(mian)上(shang)(shang)(shang)遮(zhe)鍍(du)一層(ceng)其它金屬,如(ru)鍍(du)鋅鐵(tie)(tie)(tie)(白(bai)鐵(tie)(tie)(tie))、鍍(du)錫鐵(tie)(tie)(tie)(馬口鐵(tie)(tie)(tie))等。涂刷紅鉛漆或(huo)油漆也是(shi)常用的防(fang)(fang)銹(xiu)(xiu)(xiu)辦法(fa)。
純(chun)(chun)鐵可用(yong)氫(qing)還原(yuan)純(chun)(chun)氧化鐵或(huo)氫(qing)氧化鐵來(lai)制備。例如(ru)將(jiang)(jiang)氫(qing)氧化鐵在純(chun)(chun)氫(qing)氣(qi)流(liu)中加熱,并將(jiang)(jiang)溫(wen)度從(cong)400℃升(sheng)高至700℃直到還原(yuan)過程(cheng)完成。還原(yuan)鐵冷卻后吸收的氫(qing)量(liang)可以忽略不計,在低溫(wen)(360一530℃)下還原(yuan)氧化物所得純(chun)(chun)鐵是粉末狀固體,遇(yu)空氣(qi)會著火。
將(jiang)五(wu)羰合鐵Fe(CO)5氣化并在(zai)250℃左右使之分(fen)解可得到不含任何(he)雜質的微(wei)細(xi)粉末狀純(chun)鐵,將(jiang)這種純(chun)鐵在(zai)高真空下煅燒可以除去(qu)殘(can)留(liu)在(zai)鐵中的痕量碳和氧(yang),以一氧(yang)化碳的形式被除去(qu)。
單質鐵(tie)(tie)的制備(bei)一般采用冶煉法。以(yi)赤鐵(tie)(tie)礦(Fe2O3)或磁鐵(tie)(tie)礦(Fe3O4)為原料,與(yu)焦(jiao)(jiao)炭和助(zhu)溶劑在熔礦爐內反應,焦(jiao)(jiao)炭燃(ran)燒產(chan)生(sheng)二(er)氧(yang)化(hua)碳(CO2),二(er)氧(yang)化(hua)碳與(yu)過量的焦(jiao)(jiao)炭接觸就(jiu)生(sheng)成一氧(yang)化(hua)碳(CO),一氧(yang)化(hua)碳和礦石內的氧(yang)化(hua)鐵(tie)(tie)作用就(jiu)生(sheng)成金(jin)屬(shu)鐵(tie)(tie)。加(jia)入CaCO3在高溫下生(sheng)成CaO除去鐵(tie)(tie)礦石中(zhong)的SiO2,生(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
實驗室通常(chang)用一(yi)氧(yang)(yang)化(hua)碳還原氧(yang)(yang)化(hua)鐵制(zhi)備(bei)少量單質(zhi)鐵。
鐵(tie)用(yong)于農藥、粉末冶金(jin)(jin)、熱氫發生器、凝膠推進劑、燃燒(shao)活(huo)性劑、催化劑、水(shui)清潔吸附劑、燒(shao)結活(huo)性劑、粉末冶金(jin)(jin)制(zhi)(zhi)品(pin)(pin)、各種機(ji)(ji)械(xie)零部件(jian)制(zhi)(zhi)品(pin)(pin)、硬質合金(jin)(jin)材料制(zhi)(zhi)品(pin)(pin)等。純鐵(tie)用(yong)于制(zhi)(zhi)發電(dian)機(ji)(ji)和電(dian)動機(ji)(ji)的鐵(tie)芯,還原(yuan)鐵(tie)粉用(yong)于粉末冶金(jin)(jin),鋼鐵(tie)用(yong)于制(zhi)(zhi)造機(ji)(ji)器和工具。此外(wai),鐵(tie)及(ji)其化合物(wu)還用(yong)于制(zhi)(zhi)磁鐵(tie)、藥物(wu)、墨水(shui)、顏(yan)料、磨料等。
鐵(tie)的最重要用途(tu)是(shi)冶煉鋼和合(he)(he)金(jin),少(shao)部分(fen)的鐵(tie)以(yi)鑄鐵(tie)和生鐵(tie)的形式應用。鐵(tie)是(shi)特種合(he)(he)金(jin)鋼的重要組成(cheng)(cheng)部分(fen),特種合(he)(he)金(jin)鋼材料的鐵(tie)含(han)量有(you)時低于(yu)50%,其(qi)它組成(cheng)(cheng)物(wu)有(you)鉻、鎳(nie)、鈷(gu)等。在(zai)某些鎳(nie)基合(he)(he)金(jin)和鈷(gu)基合(he)(he)金(jin)中鐵(tie)僅(jin)為低含(han)量組成(cheng)(cheng)物(wu),有(you)時低于(yu)10%。
鐵有一些(xie)少(shao)數化合物可(ke)作為(wei)人的(de)(de)內(nei)服(fu)藥(yao)物,例如硫(liu)酸(suan)亞鐵曾用為(wei)兒童缺(que)鐵性貧血(xue)的(de)(de)治療(liao)藥(yao)劑(ji),但也有報道說有兒童誤服(fu)大量硫(liu)酸(suan)亞鐵而導致死亡(wang)的(de)(de)事例。誤服(fu)有毒鐵化合物的(de)(de)治療(liao)一般(ban)為(wei)內(nei)服(fu)碳酸(suan)氫鈉(na)(小蘇(su)打)水溶(rong)液(ye)和致嘔吐(tu)藥(yao)劑(ji)。
鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)是(shi)(shi)(shi)地殼中第(di)四個豐度最(zui)大的(de)(de)(de)(de)(de)元素,人們認為(wei)地球(qiu)的(de)(de)(de)(de)(de)核心主要(yao)是(shi)(shi)(shi)由鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)構成的(de)(de)(de)(de)(de)。在地殼中存在的(de)(de)(de)(de)(de)單質(zhi)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)是(shi)(shi)(shi)極為(wei)少見(jian)的(de)(de)(de)(de)(de),但廣泛以化(hua)合態出(chu)(chu)現(xian),許多礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物由于含(han)有(you)(you)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)化(hua)合物而呈現(xian)特(te)有(you)(you)的(de)(de)(de)(de)(de)顏色(se)。鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)的(de)(de)(de)(de)(de)最(zui)重要(yao)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物是(shi)(shi)(shi)氧化(hua)物和(he)碳(tan)酸(suan)鹽(yan)。鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)含(han)量最(zui)高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物是(shi)(shi)(shi)磁(ci)(ci)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(Fe3O4),磁(ci)(ci)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)是(shi)(shi)(shi)一(yi)種(zhong)(zhong)黑(hei)色(se)有(you)(you)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)磁(ci)(ci)性的(de)(de)(de)(de)(de)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物,磁(ci)(ci)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)個變種(zhong)(zhong)稱為(wei)“羅底石(shi)”(Lodestone)。赤鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(Fe2O3)為(wei)紅棕(zong)色(se)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物,含(han)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)量最(zui)高(gao)可達70%。褐(he)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)是(shi)(shi)(shi)氧化(hua)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(Ⅲ)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)個變種(zhong)(zhong),褐(he)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)含(han)有(you)(you)可變量的(de)(de)(de)(de)(de)水,但其近(jin)似組成往往是(shi)(shi)(shi)2Fe2O3?3H2O。碳(tan)酸(suan)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)FeCO3。出(chu)(chu)現(xian)為(wei)菱(ling)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang),碳(tan)酸(suan)鹽(yan)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)往往與黏土和(he)煤共(gong)生,稱為(wei)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)石(shi)。黃(huang)(huang)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(FeS2)是(shi)(shi)(shi)一(yi)種(zhong)(zhong)常見(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)脈石(shi)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物,但黃(huang)(huang)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)不直(zhi)接用為(wei)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang),因為(wei)黃(huang)(huang)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)有(you)(you)很高(gao)含(han)量的(de)(de)(de)(de)(de)硫(liu)而被看成是(shi)(shi)(shi)一(yi)種(zhong)(zhong)重要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)非金屬化(hua)工(gong)原料礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)。在自(zi)然(ran)界中還存在有(you)(you)多種(zhong)(zhong)多樣的(de)(de)(de)(de)(de)硅(gui)酸(suan)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)。
(1)侵(qin)占土地(di)城市生(sheng)活垃圾如不能(neng)得到及時處(chu)理和處(chu)置,將會占用農田,破(po)壞(huai)農業生(sheng)產,以及地(di)貌、植被、自然景觀(guan)等。
(2)廢鐵的堆積,產生(sheng)銹味,嚴重影(ying)響了空(kong)氣質量。
鐵本身不(bu)具有(you)毒性,但當攝入過量或(huo)誤服過量的鐵制劑時也可能導(dao)致鐵中(zhong)毒。
短(duan)期(qi)暴露:吸(xi)入(ru)鐵(tie)粉或氧化鐵(tie)煙粉塵刺激(ji)呼(hu)吸(xi)道,引起咽喉(hou)發(fa)炎、咳嗽、呼(hu)吸(xi)短(duan)促、乏力、疲勞、寒戰、出汗、肌肉和(he)關節疼(teng)痛(tong);皮膚接觸(chu)熱金屬會灼傷,眼(yan)睛接觸(chu)粉塵可導(dao)致發(fa)炎和(he)灼傷;食入(ru)可導(dao)致昏(hun)睡、呆滯、心跳和(he)呼(hu)吸(xi)加速(su)、休克(ke)、吐血(xue)、腹(fu)瀉(xie);
長(chang)期暴露:吸(xi)(xi)入(ru)過(guo)量會導致肺、脾、淋巴系統產生鐵積沉(chen);吸(xi)(xi)入(ru)粉塵(chen)導致肺部產生色斑。
鐵(tie)(tie)及其氧(yang)化(hua)(hua)物(wu)的(de)(de)蒸汽(qi)和煙氣會對人產生(sheng)(sheng)一(yi)種非致命性的(de)(de)刺激與病痛,稱為金屬煙熱癥。但鐵(tie)(tie)的(de)(de)化(hua)(hua)合物(wu)羰基鐵(tie)(tie)Fe(CO)5卻是(shi)極毒的(de)(de),羰基鐵(tie)(tie)遇熱或(huo)在陽光照(zhao)射下分解產生(sheng)(sheng)一(yi)氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)。
鐵(tie)(tie)(tie)是動(dong)物(wu)身體(ti)(ti)組織和(he)(he)血液的(de)(de)(de)極重要的(de)(de)(de)組成物(wu)。鐵(tie)(tie)(tie)是人體(ti)(ti)中(zhong)必需(xu)的(de)(de)(de)痕量(liang)元素中(zhong)含(han)量(liang)最高(gao)的(de)(de)(de)一個(ge),約占人體(ti)(ti)總重量(liang)的(de)(de)(de)0.006%。鐵(tie)(tie)(tie)在人體(ti)(ti)內(nei)主要分(fen)(fen)布于血紅(hong)細胞中(zhong),約占人體(ti)(ti)總鐵(tie)(tie)(tie)量(liang)的(de)(de)(de)60%一70%。在鐵(tie)(tie)(tie)蛋白(bai)和(he)(he)肌紅(hong)蛋白(bai)中(zhong),鐵(tie)(tie)(tie)則分(fen)(fen)別約占人體(ti)(ti)總鐵(tie)(tie)(tie)量(liang)的(de)(de)(de)7%—15%和(he)(he)3%—5%。鐵(tie)(tie)(tie)不僅是人體(ti)(ti)血液中(zhong)交(jiao)換與(yu)輸送氧氣(qi)所必需(xu)的(de)(de)(de),而(er)且又(you)是某些酶(mei)(mei)(如過(guo)(guo)氧化(hua)氫酶(mei)(mei)、過(guo)(guo)氧化(hua)物(wu)酶(mei)(mei)、苯(ben)丙(bing)氨酸羥化(hua)酶(mei)(mei)等)和(he)(he)許多氧化(hua)還原(yuan)體(ti)(ti)系所不可缺少(shao)的(de)(de)(de)元素,在生物(wu)催(cui)化(hua)、在呼吸鏈(lian)上傳遞電子等方面都起著重要的(de)(de)(de)作用。
血(xue)(xue)紅蛋白是(shi)由(you)一(yi)種(zhong)稱為珠朊的(de)(de)蛋白和含鐵(tie)(tie)的(de)(de)亞鐵(tie)(tie)血(xue)(xue)紅素(su)結合(he)(he)在(zai)一(yi)起(qi)組(zu)成(cheng)的(de)(de),亞鐵(tie)(tie)血(xue)(xue)紅素(su)是(shi)卟(bu)啉(lin)的(de)(de)鐵(tie)(tie)(Ⅱ)絡合(he)(he)物,在(zai)其中鐵(tie)(tie)(Ⅱ)原(yuan)子(zi)(zi)的(de)(de)配位(wei)數為6。鐵(tie)(tie)(Ⅱ)與(yu)卟(bu)啉(lin)平(ping)面上(shang)的(de)(de)四個(ge)吡咯環氮原(yuan)子(zi)(zi)相(xiang)聯(lian)結,并與(yu)珠朊上(shang)組(zu)氨酸的(de)(de)咪唑氮在(zai)垂直于卟(bu)啉(lin)平(ping)面的(de)(de)方向上(shang)聯(lian)結,第六個(ge)位(wei)置則可能(neng)被一(yi)個(ge)水分(fen)子(zi)(zi)所占(zhan)據。這個(ge)結構允(yun)許(xu)在(zai)此第六個(ge)配位(wei)位(wei)置上(shang)可逆地吸放分(fen)子(zi)(zi)氧(yang),使紅血(xue)(xue)球得以把氧(yang)分(fen)子(zi)(zi)輸載(zai)到(dao)身體(ti)的(de)(de)各(ge)部分(fen),這是(shi)動物呼吸作用的(de)(de)機(ji)理。血(xue)(xue)紅蛋白對(dui)一(yi)氧(yang)化碳的(de)(de)親合(he)(he)作用大(da)于對(dui)氧(yang)分(fen)子(zi)(zi)的(de)(de)親合(he)(he)作用,生成(cheng)碳氧(yang)血(xue)(xue)紅蛋白的(de)(de)過程(cheng)是(shi)不可逆的(de)(de),這就導(dao)致了一(yi)氧(yang)化碳的(de)(de)劇毒(du)性。
放入緊(jin)封的儲(chu)藏器內,儲(chu)存于陰涼(liang)、干燥的庫房。
一般是鐵(tie)水(shui)運輸(shu)方式。
1.魚雷(lei)(lei)罐標準鐵路運輸方式(shi)魚雷(lei)(lei)罐具有(you)容(rong)量大(da)、保溫性(xing)能(neng)好、重(zhong)心低、安全性(xing)高等特點(dian),可作為鐵鋼(gang)界面間的(de)緩沖環節(jie),對煉鐵和(he)煉鋼(gang)起著(zhu)銜(xian)接(jie)、匹配、協調、緩沖的(de)作用,在大(da)型鋼(gang)鐵企業中得(de)到廣泛應(ying)用。
2.鐵(tie)(tie)(tie)(tie)水(shui)(shui)罐(guan)運輸(shu)方(fang)(fang)式(shi)該方(fang)(fang)式(shi)采(cai)用鐵(tie)(tie)(tie)(tie)水(shui)(shui)罐(guan)作(zuo)為鐵(tie)(tie)(tie)(tie)水(shui)(shui)從高爐(lu)到煉鋼的運輸(shu)和儲(chu)存容器,從高爐(lu)出(chu)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)場(chang)受鐵(tie)(tie)(tie)(tie)開始至煉鋼鐵(tie)(tie)(tie)(tie)水(shui)(shui)兌入(ru)轉(zhuan)爐(lu)終止(zhi),全過程(cheng)采(cai)用一個鐵(tie)(tie)(tie)(tie)水(shui)(shui)罐(guan),減少了魚(yu)雷罐(guan)運輸(shu)流(liu)程(cheng)中的鐵(tie)(tie)(tie)(tie)水(shui)(shui)倒罐(guan)環節(jie)。