Для чего используют железо
Применение железа: от арматуры фундамента до магнитопривода
Железо как материал стало известно с 3–4 тыс. до н. э. Поначалу в поле зрения человека попало метеоритное железо, так что в те времена оно ценилось выше золота. Затем хетты освоили разработку осадочных месторождений, а римляне научились плавить чугун.
С тех пор область использования металла только расширялась. И поэтому сегодня мы поговорим о применении железа и его соединений в жизни человека: в быту, народном хозяйстве, промышленности и об использовании металла в иных сферах.
Области применения железа и его сплавов
Итак, давайте узнаем, почему железо получило наибольшее применение в металлургии.
Под железом зачастую подразумевают вовсе не вещество как таковое, а низкоуглеродистую электротехническую сталь – так называется сплав металла по ГОСТ. Действительно чистое железо получить непросто, и используется оно исключительно для производства магнитных материалов.
Железо является ферромагнетиком, то есть, намагничивается в присутствии магнитного поля. Однако это его свойство сильно зависит от примесей и структуры металла. Магнитные свойства абсолютного чистого железа в 100–200 раз превышают аналогичные показатели технической стали. То же самое можно сказать о величине зерна: чем крупнее зерно, тем лучше магнитные свойства вещества. Имеет значение и механическая обработка, хотя ее влияние и не столь впечатляющее. Только такое железо применяют для получения всех магнитных материалов для электротехники и магнитоприводов.
Про способы применения сплавов железа расскажет видеоролик ниже:
Соединения
Все металлы, используемые в производстве, делят на цветные и черные. Черные – это сплавы железа, в частности, сталь и чугун, остальные – медные, никелевые, серебряные, относятся к цветным. Соответственно, производство, занимающееся выплавкой чугуна и стали, называется черной металлургией, а всех остальных – цветной. На долю черной металлургии приходится 95% всех металлургических процессов. Разделяются черные сплавы таким образом:
Про методы применения железа в виде стали читайте ниже.
Стали
Конечно, наибольшее применение находят сталь и чугун, а их использование зависит от доли углерода в составе. По этому признаку различают углеродистые и легированные стали. В первом случае примеси носят постоянный характер, то есть, попадают в сплав из-за особенностей процесса выплавки. В легированные добавки вводят специально для придания материалу особых свойств. В качестве легирующих элементов применяют ванадий, титан, хром, никель и так далее.
Углеродистые стали разделяются на 3 группы:
Легированные стали тоже составляют собой 3 группы:
Легированные стали обычно являются материалом для инструментов и машинных узлов, так как введение дополнительных ингредиентов повышает прочность сплава, придает ему жаростойкость или коррозионную стойкость. Углеродистые, в основном, применяют для каркасных сооружений, изготовления водопровода и так далее.
Все стали можно разделить по назначению:
Применение легированных сталей определяется их качествами.
Еще одно разделение сплавов – по качеству. Этот параметр определяет содержание фосфора и серы – вредных примесей, которые уменьшают прочность сплава. Различают 4 вида:
О применении чугуна и стали расскажет видео ниже:
Чугун
Применение чугуна не намного меньше, поскольку его механические качества вполне сопоставимы со многими марками стали. В соответствии с категорией чугуна различается и применение:
Чугун также можно легировать и получать сплав с самыми разными свойствами.
Далее рассмотрено практическое применение железа на основе его физических свойств в строительной сфере.
Использование в строительстве
Сталь и чугун уникальным образом сочетают прочность, эксплуатационную долговечность и доступную стоимость. Поэтому заменить его каким-либо другим конструкционным материалом не представляется возможным. В строительстве продукция металлопроката является базовой наряду с бетоном и кирпичом.
Капитальное строительство
Металлу можно придать любую форму: от самой простой – прут, до причудливой сложной – кованое железо. В строительстве находят применение для всех вариантов.
Кроме того, что сталь сама по себе отличается прочностью, тем более после специальной обработки, в этой области активно применяется и еще одна особенность. Дело в том, что профильные изделия из металла ничем не уступают по прочности цельной детали таких же размеров и формы. А это значительно уменьшает материалоемкость строительных элементов, уменьшает их стоимость, снижает вес и так далее. В строительстве такое сочетание исключительно важно.
Применяемый металлопрокат разделяют на 3 основные группы.
Нержавеющие стали для листового проката применяют редко, поскольку стоимость сплава выше.
Отделочные работы
Основой их часто выступают металлические изделия – и трубы, и профиль, и листовое железо.
Коммуникации
Несмотря на то что стальной трубопровод активно вытесняет пластиковые и металлопластиковые, до полной сдачи позиций еще чрезвычайно далеко. Причина проста: с прочностью и стойкостью стали мало что сравнится.
Оборудование и предметы быта
Любая техника, устанавливаемая в доме, производится из стали.
Железо – главный конструкционный материал. В строительстве сталь и чугун являются базовыми материалами наряду со строительным камнем. Применение и разнообразие сплавов не поддается описанию.
Еще больше полезной информации по вопросу применения железа содержится в этом видео:
Важное о железе
Железо
Применение
Чистое железо имеет довольно ограниченное применение. Его используют при изготовлении сердечников электромагнитов, как катализатор химических процессов, для некоторых других целей. Но сплавы железа — чугун и сталь — составляют основу современной техники. Находят широкое применение и многие соединения железа. Так, сульфат железа(III) используют при водоподготовке, оксиды и цианид железа служат пигментами при изготовлении красителей и так далее.
Железо и его сплавы, важнейшие конструкционные материалы в технике и промышленном производстве. Из сплавов железа с углеродом изготавливаются почти все конструкции в машиностроении и тяжелой промышленности. Легковые, грузовые автомобили, станки, железные дороги, корпуса и силовые установки судов – все это делается в основном из стали. Масштаб производства стали является одной из основных характеристик общего технико-экономического уровня развития государства. На долю стали приходится около 95% всей металлической продукции.
Железо может входить в состав сплавов на основе других металлов — например, никелевых. Магнитная окись железа — важный материал в производстве устройств долговременной компьютерной памяти: жёстких дисков, дискет и т. п. Также железо входит в большинство магнитных сплавов.
Железо находит широкое применение в виде солей. Хлорид железа III (хлорное железо) используется в
радиолюбительской практике для травления печатных плат.
Десятиводный сульфат железа (железный купорос) в смеси с медным купоросом используется для борьбы с вредными
грибками в садоводстве и строительстве. Железо применяется в качестве анода в железо-никелевых аккумуляторах,
железо-воздушных аккумуляторах.
Области применения железа и его сплавов
Итак, давайте узнаем, почему железо получило наибольшее применение в металлургии.
Под железом зачастую подразумевают вовсе не вещество как таковое, а низкоуглеродистую электротехническую сталь – так называется сплав металла по ГОСТ. Действительно чистое железо получить непросто, и используется оно исключительно для производства магнитных материалов.
Железо является ферромагнетиком, то есть, намагничивается в присутствии магнитного поля. Однако это его свойство сильно зависит от примесей и структуры металла. Магнитные свойства абсолютного чистого железа в 100–200 раз превышают аналогичные показатели технической стали. То же самое можно сказать о величине зерна: чем крупнее зерно, тем лучше магнитные свойства вещества. Имеет значение и механическая обработка, хотя ее влияние и не столь впечатляющее. Только такое железо применяют для получения всех магнитных материалов для электротехники и магнитоприводов.
Про способы применения сплавов железа расскажет видеоролик ниже:
Соединения
Все металлы, используемые в производстве, делят на цветные и черные. Черные – это сплавы железа, в частности, сталь и чугун, остальные – медные, никелевые, серебряные, относятся к цветным. Соответственно, производство, занимающееся выплавкой чугуна и стали, называется черной металлургией, а всех остальных – цветной. На долю черной металлургии приходится 95% всех металлургических процессов. Разделяются черные сплавы таким образом:
Про методы применения железа в виде стали читайте ниже.
Стали
Конечно, наибольшее применение находят сталь и чугун, а их использование зависит от доли углерода в составе. По этому признаку различают углеродистые и легированные стали. В первом случае примеси носят постоянный характер, то есть, попадают в сплав из-за особенностей процесса выплавки. В легированные добавки вводят специально для придания материалу особых свойств. В качестве легирующих элементов применяют ванадий, титан, хром, никель и так далее.
Углеродистые стали разделяются на 3 группы:
Легированные стали тоже составляют собой 3 группы:
Легированные стали обычно являются материалом для инструментов и машинных узлов, так как введение дополнительных ингредиентов повышает прочность сплава, придает ему жаростойкость или коррозионную стойкость. Углеродистые, в основном, применяют для каркасных сооружений, изготовления водопровода и так далее.
Все стали можно разделить по назначению:
Применение легированных сталей определяется их качествами.
Еще одно разделение сплавов – по качеству. Этот параметр определяет содержание фосфора и серы – вредных примесей, которые уменьшают прочность сплава. Различают 4 вида:
О применении чугуна и стали расскажет видео ниже:
Чугун
Применение чугуна не намного меньше, поскольку его механические качества вполне сопоставимы со многими марками стали. В соответствии с категорией чугуна различается и применение:
Чугун также можно легировать и получать сплав с самыми разными свойствами.
Далее рассмотрено практическое применение железа на основе его физических свойств в строительной сфере.
Использование в строительстве
Сталь и чугун уникальным образом сочетают прочность, эксплуатационную долговечность и доступную стоимость. Поэтому заменить его каким-либо другим конструкционным материалом не представляется возможным. В строительстве продукция металлопроката является базовой наряду с бетоном и кирпичом.
Капитальное строительство
Металлу можно придать любую форму: от самой простой – прут, до причудливой сложной – кованое железо. В строительстве находят применение для всех вариантов.
Кроме того, что сталь сама по себе отличается прочностью, тем более после специальной обработки, в этой области активно применяется и еще одна особенность. Дело в том, что профильные изделия из металла ничем не уступают по прочности цельной детали таких же размеров и формы. А это значительно уменьшает материалоемкость строительных элементов, уменьшает их стоимость, снижает вес и так далее. В строительстве такое сочетание исключительно важно.
Применяемый металлопрокат разделяют на 3 основные группы.
Нержавеющие стали для листового проката применяют редко, поскольку стоимость сплава выше.
Отделочные работы
Основой их часто выступают металлические изделия – и трубы, и профиль, и листовое железо.
Коммуникации
Несмотря на то что стальной трубопровод активно вытесняет пластиковые и металлопластиковые, до полной сдачи позиций еще чрезвычайно далеко. Причина проста: с прочностью и стойкостью стали мало что сравнится.
Оборудование и предметы быта
Любая техника, устанавливаемая в доме, производится из стали.
Железо – главный конструкционный материал. В строительстве сталь и чугун являются базовыми материалами наряду со строительным камнем. Применение и разнообразие сплавов не поддается описанию.
Еще больше полезной информации по вопросу применения железа содержится в этом видео:
ЖЕЛЕЗО — металл № 1 в мире
Первым железом, который попал в руки человека, был металл метеоритного происхождения. Люди уже умели плавить металлы, и быстро оценили преимущества звездного металла. Потом железосодержащие минералы обнаружили на земле. Изделия из этого металла настолько изменили жизнь, что эпоху после Бронзового века назвали Железным веком.
История
История железа уходит в тысячелетия. Около 3500 лет назад, как писал А. Азимов,
«техника выплавки … железа была разработана в кавказских предгорьях».
Свойства
Железо (Ferrum, в формулах обозначается Fe) — химически активный элемент, относится к металлам. В таблице Менделеева имеет атомный № 26. Ferrum — черный металл.
Физические характеристики сильно зависят от чистоты металла.
Железо имеет 4 модификации; их различие в структуре и кристаллической решетке.
| Свойства атома | |
|---|---|
| Название, символ, номер | Железо / Ferrum (Fe), 26 |
| Атомная масса (молярная масса) | 55,845(2)[1] а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Ar] 3d6 4s2 |
| Радиус атома | 126 пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 117 пм |
| Радиус иона | (+3e) 64 (+2e) 74 пм |
| Электроотрицательность | 1,83 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | Fe←Fe3+ −0,04 В Fe←Fe2+ −0,44 В |
| Степени окисления | 6, 3, 2, 0 |
| Энергия ионизации (первый электрон) | 759,1 (7,87) кДж/моль ( эВ ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (при н. у.) | 7,874 г/см³ |
| Температура плавления | 1812 K (1538,85 °C) |
| Температура кипения | 3134 K (2861 °C) |
| Уд. теплота плавления | 247,1 кДж/кг 13,8 кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | |
| Молярная теплоёмкость | 25,14[2] Дж/(K·моль) |
| Молярный объём | 7,1 см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | кубическая объёмноцентрированная |
| Параметры решётки | 2,866 Å |
| Температура Дебая | 460 K |
| Прочие характеристики | |
| Теплопроводность | (300 K) 80,4 Вт/(м·К) |
| Номер CAS | 7439-89-6 |
Химические свойства железа:
Минералы
Железа в виде соединений и минералов на Земле много. Это второй по распространенности металл.
| Железосодержащие минералы | Название, содержание Fe (в %%) |
| Гематит (красный железняк) | До 70 |
| Магнетит (магнитный железняк) | 72 |
| Сидерит | 35 |
| Марказит | Больше 46 |
| Миспикель | 34 |
| Гётит | 62,9 |
Железные руды делятся на 11 промышленных типов.
Получение металла
Есть несколько способов получения железа:
Плюсы и минусы
Множество достоинств, но и недостатков не меньше.
| Достоинства | Недостатки |
| Легкая механическая обработка | Высокая плотность; изделия получаются тяжелыми |
| Твердость, упругость, прочность — лучшие свойства сплавов | Коррозия металла в присутствии влаги |
| Возможность получать заданные свойства сплавов при добавлении малого количества примесей | Склонность к электрохимическому корродированию |
Ковкость дает возможность производить декоративные изделия.
Сплавы
Ориентироваться в море сплавов железа (сталей, чугунов) помогает маркировка. Она поможет определить состав сплава, количество углерода и легирующие элементы, отличить их свойства.
Стали делят по применению:
Применение
Более 90% всего металлургического производства занимает железо и его сплавы.
Применение соединений железа:
Для большинства организмов без железа нет жизни; при его помощи кислород доставляется к каждой клетке организма. Недостаток железа влечет за собой хлорозы у растений и железодефицитные анемии у животных.
Купить — в листах и порошке
Цена листового железа 26900 руб/тонну; порошок ПЖР от 85 рублей за килограмм.
Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!
Железо элемент. Описание, свойства и применение
Каждый человек железный. 26-ой элемент таблицы Менделеева – составная гемоглобина. Этот сложный белок входит в эритроциты, известные так же как красные кровяные тельца. Без них, собственно, кровь не была бы алой, да и жизни бы не было.
Эритроциты транспортируют по организму углекислый газ и кислород. Они необходимы для жизнедеятельности. А для чего еще необходимо железо, каковы его свойства и стоимость в прямом и переносном смыслах?
Химические и физические свойства железа
Дотрагивались до железа в прохладном помещении? Холод от прикосновения к металлу – результат его высокой теплопроводности. Материал моментально забирает энергию тела, передавая ее окружающей среде. В результате, человеку становится холодно.
Электропроводность железа тоже на высоте. Металл с легкостью передает ток благодаря свободным электронам в атоме. В нем 7 слоев. На последних 2-х расположены 8 электронов. При возбуждении все они могут быть валентными, то есть способными образовать новые связи.
Железо – элемент средней тугоплавкости. Закипает металл при 2860-ти градусах, а размягчается при 1539-ти. В таком состоянии материал теряет ферромагнитные свойства. Они присущи лишь твердому состоянию железа. Элемент становится магнитом, попадая в магнитное поле.
Но, интереснее то, что после его исчезновения, металл еще долгое время остается магнитом. Такая особенность обусловлена все теми же свободными электронами в структуре атома. Перемещаясь, частицы меняют его строение и свойства.
Железо – химический элемент, легко вступающий в реакции с бромом, фтором, хлором и другими галогенами. Это элементы 17-ой группы таблицы Менделеева. При обычных условиях протекает и взаимодействие с кислородом.
Теперь, о реакциях нагрева. При сжигании металла образуются его оксиды. Их несколько видов: — 2FeO, 2Fe2O3, Fe3O4. Какой именно получится, зависит от пропорций исходных элементов и условий совмещения. Свойства оксидов разнятся.
Из сложных веществ, то есть состоящих из молекул, железо взаимодействует с кислотами. Металл вытесняет из них водород. Получается замещение. Так, и взаимодействия с серной кислотой выходит сульфат феррума и чистый водород.
Применение железа
Особым шиком считаются модели из метеоритного железа. В космических телах свойства феррума усилены. Поэтому, ножи и доспехи получаются особенно острыми, прочными. Признаки железа метеоритного заметили еще в Древнем Риме.
Известны и сплавы железа, в частности, чугун и сталь. Из них отливают вещи бытового, повседневного характера, к примеру, оградки, беседки, фурнитуру. Используют сплавы феррума и для промышленных целей. Интересно, что состав у стали и чугуна один, пропорции разные. И там, и там сливаются железо с углеродом. В стали газа меньше 1,7%. В чугуне углерода от 1,7 до 4,5%.
В виде хлорида 26-ой элемент используют для очистки воды. Пригождается металл и в медицине. Лечение железом необходимо при анемии. Это недостаток красных кровяных телец и металла в их составе. Препараты железа выписывают, так же, больным туберкулезом, радикулитом, страдающим от судорог и кровотечений из носа.
Немало феррума и в клетках печени. Там металл способствует нейтрализации вредных веществ, токсинов. Для поддержания здоровья в организм человека должны поступать не меньше 20-ти миллиграммов железа в сутки.
Добыча железа
Без доменных печей обходятся при восстановлении феррума чистым водородом. Потребуются уже шахтные печи. Так называют модели вытянутые по вертикали.
Цена железа
Стоимость металла зависит от вида продукции. Большинство вещей делаются из сплавов феррума, к примеру, кровельные материалы. Покрытия для крыш, как правило, листовые. Цена за квадратный метр варьируется от 300-от до 600-от с лишним рублей в зависимости от толщины железа.
Кровельные листы рифленые, сложной геометрии и особого состава. Простые пласты стоят дешевле. Есть предложения купить 30 листов 2,5 на 1,3 метра за 1000 рублей. Толщина изделий – 1,5 миллиметра.
Чистый элемент в таблетках стоит около 1600 рублей за 180-200 штук. Если же приобретается готовое изделие, в которое вложен ручной труд, бывает сложно уложиться и в десятки, сотни тысяч. Яркий пример – кованная продукция по индивидуальным заказам.
За необычные ворота, мебель, вазы, кузнецы «срывают» немалый куш. Большую часть цены составляет не материал, а человеческий труд, воплощение в жизнь художественной задумки.
Что касается стоимости железосодержащей руды, за тонну в России просят около 40-ка американских долларов. Это ценник за сырье с 60-процентным содержанием феррума. Когда выделяют чистый порошок 26-го элемента, за 1000 килограммов просят уже не меньше 560-600-от долларов США.
Большинство фирм торгуют оптом. Предложений купить только одно кило металла, редки. 1000 граммов обходится примерно в 1-1,5 доллара. Некоторые компании фасуют порошок феррума в мешки по 5, 10, 25 килограммов. Объявления о продаже размещены в интернете.