โลหะรายละเอียด: เหล็กคุณสมบัติและลักษณะ

การใช้เหล็กของมนุษย์มีขึ้นเมื่อประมาณ 5000 ปี เป็นธาตุโลหะที่มีความอุดมสมบูรณ์มากเป็นอันดับสองในเปลือกโลกและใช้เป็นหลักในการผลิตเหล็กซึ่งเป็นวัสดุโครงสร้างที่สำคัญที่สุดชิ้นหนึ่งของโลก

คุณสมบัติ

• สัญลักษณ์อะตอม: Fe
• จำนวนอะตอม: 26
• หมวดหมู่รายการ: Transition Metal
• ความหนาแน่น: 7. 874g / cm ³
• จุดหลอมเหลว: 2800 ° F 1538 ° C)
• จุดเดือด: 5182 ° F (2862 ° C)
• ความแข็งของ Moh: 4

ลักษณะเฉพาะ

เหล็กบริสุทธิ์เป็นโลหะสีเงินที่นำความร้อนและไฟฟ้าได้ดี

เหล็กมีปฏิกิริยามากเกินไปที่จะอยู่คนเดียวดังนั้นจึงเกิดขึ้นได้ตามธรรมชาติในเปลือกโลกเท่านั้นเช่นแร่เหล็กเช่นแร่เหล็กออกไซด์ magnetite และ siderite

หนึ่งในคุณลักษณะเฉพาะของเหล็กคือแม่เหล็กที่แรงมาก เมื่อสัมผัสกับสนามแม่เหล็กที่แรงคุณสามารถจับแม่เหล็กใด ๆ ไว้ได้ นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าแกนของโลกถูกสร้างขึ้นจากเหล็กประมาณ 90% แรงแม่เหล็กที่ผลิตโดยเหล็กนี้เป็นสิ่งที่สร้างแม่เหล็กขั้วโลกเหนือและใต้

ประวัติความเป็นมา

เหล็กมีแนวโน้มที่จะถูกค้นพบและสกัดออกมาเป็นผลมาจากการเผาไหม้ของไม้ด้านบนของแร่ธาตุที่มีธาตุเหล็ก คาร์บอนภายในตัวไม้จะทำปฏิกริยากับออกซิเจนในแร่โลหะโลหะอ่อนที่อ่อนได้ การถลุงเหล็กและการใช้เหล็กเพื่อทำเครื่องมือและอาวุธเริ่มขึ้นใน Mesopotamia (ปัจจุบันคืออิรัก) ระหว่าง พ.ศ. 2700 ถึง 3000 ก่อนคริสต์ศักราช ในช่วง 2000 ปีต่อมาความรู้เกี่ยวกับการถลุงเหล็กแผ่ขยายไปทางทิศตะวันออกสู่ยุโรปและแอฟริกาในช่วงที่เรียกว่ายุคเหล็ก

ตั้งแต่ศตวรรษที่ 17 เป็นต้นไปจนกระทั่งมีการค้นพบเหล็กที่มีประสิทธิภาพในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 เหล็กได้ถูกใช้เป็นวัสดุโครงสร้างเพื่อสร้างเรือสะพานและอาคาร หอไอเฟลที่สร้างเมื่อปีพ. ศ. 2432 ใช้เหล็กดัดมากกว่า 7 ล้านกิโลกรัม

สนิม

ลักษณะที่น่าเป็นห่วงที่สุดของเหล็กคือแนวโน้มที่จะก่อให้เกิดสนิม

สนิม (หรือ ferric oxide) เป็นสารประกอบที่มีสีน้ำตาลซึ่งผลิตได้เมื่อเหล็กสัมผัสกับออกซิเจน ก๊าซออกซิเจนที่มีอยู่ในน้ำจะทำให้กระบวนการกัดกร่อนเร็วขึ้น อัตราการเกิดสนิม - เหล็กจะเปลี่ยนเป็นเหล็กออกไซด์ได้เร็วแค่ไหน - โดยอาศัยปริมาณออกซิเจนในน้ำและพื้นที่ผิวของเหล็ก น้ำเกลือมีออกซิเจนมากกว่าน้ำจืดซึ่งเป็นเหตุให้น้ำเกลือเกิดสนิมได้เร็วกว่าน้ำจืด

สามารถป้องกันสนิมได้โดยการเคลือบเหล็กด้วยโลหะชนิดอื่น ๆ ซึ่งเป็นสารเคมีที่น่าสนใจมากขึ้นกับออกซิเจนเช่นสังกะสี (กระบวนการเคลือบเหล็กด้วยสังกะสีเรียกว่า 'การชุบสังกะสี') อย่างไรก็ตามวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการป้องกันสนิมคือการใช้เหล็ก เหล็กกล้า เหล็กกล้าเป็นโลหะผสมของเหล็กและโลหะอื่น ๆ ซึ่งใช้เพื่อเพิ่มคุณสมบัติ (ความแข็งแรงทนต่อการกัดกร่อนทนต่อความร้อน ฯลฯ) ของเหล็ก การเปลี่ยนชนิดและปริมาณธาตุที่ผสมด้วยเหล็กสามารถผลิตเหล็กได้หลากหลายประเภท

เหล็กที่พบมากที่สุดคือ:

เหล็กกล้าคาร์บอนซึ่งมีค่าระหว่าง 0 ถึง 5-1 คาร์บอน 5% เหล็กกล้าเหล่านี้เป็นเหล็กกล้าที่พบมากที่สุดและใช้สำหรับชิ้นส่วนยานยนต์ลำตัวเรือมีดเครื่องจักรและโครงสร้างรองรับทุกประเภท

เหล็กกล้าอัลลอยต่ำซึ่งมีโลหะอื่น ๆ อยู่ระหว่าง 1-5% (มักเป็นนิกเกิลหรือทังสเตน) เหล็กนิกเกิลสามารถทนทานต่อแรงกระแทกในระดับสูงได้จึงมักใช้ในการก่อสร้างสะพานและทำจักรยาน เหล็กทังสเตนมีรูปร่างและความแข็งแรงในสภาวะแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและใช้ในการกระแทกการใช้งานแบบโรตารี่เช่นสว่าน

เหล็กกล้าอัลลอยด์สูงซึ่งมี 12-18% ของโลหะอื่น ๆ จะใช้เฉพาะในแอพพลิเคชั่นพิเศษเนื่องจากมีต้นทุนสูง ตัวอย่างหนึ่งของเหล็กโลหะผสมสูงคือเหล็กกล้าไร้สนิมซึ่งมักประกอบด้วยโครเมียมและนิกเกิล แต่สามารถนำมาผสมกับโลหะอื่น ๆ ได้เช่นกัน เหล็กกล้าไร้สนิมมีความแข็งแรงและทนทานต่อการกัดกร่อน

การผลิต

1. เหล็กส่วนใหญ่ผลิตจากแร่ที่อยู่ใกล้พื้นผิวโลก เทคนิคการสกัดแบบสมัยใหม่ใช้เตาหลอมซึ่งเป็นลักษณะของกองสูง (ปล่องไฟเหมือนโครงสร้าง) เหล็กถูกเทลงในกองพร้อมกับถ่านโค้ก (คาร์บอนที่อุดมไปด้วยถ่านหิน) และหินปูน (แคลเซียมคาร์บอเนต) ปัจจุบันแร่เหล็กมักจะผ่านกระบวนการเผาขึ้นก่อนใส่สแต็ค กระบวนการนี้เป็นรูปแร่ที่อยู่ระหว่าง 10-25 มิลลิเมตรซึ่งผสมกับโค้กและหินปูน
2. แร่ที่ถูกเผาและโค้กและหินปูนจะถูกเทลงในกองซึ่งไหม้ที่อุณหภูมิ 1800 องศาเซลเซียส โค้กไหม้เป็นแหล่งความร้อนและพร้อมกับออกซิเจนที่ถูกยิงเข้าไปในเตาช่วยในการลดก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ หินปูนผสมกับสิ่งสกปรกในเหล็กเพื่อก่อให้เกิดตะกรัน ตะกรันมีน้ำหนักเบากว่าแร่เหล็กหลอมเหลวดังนั้นจึงขึ้นไปที่พื้นผิวและสามารถถอดออกได้ง่าย เหล็กร้อนถูกเทลงในแม่พิมพ์เพื่อผลิตเหล็กกล้าหมูหรือผลิตเหล็กกล้าโดยตรง
3. เหล็กหมูยังมีระหว่าง 3. 5-4 คาร์บอน 5% พร้อมกับสิ่งสกปรกอื่น ๆ และเปราะและยากต่อการทำงาน มีการใช้กระบวนการต่างๆเพื่อลดฟอสฟอรัสและกำมะถันในเหล็กหมูเพื่อผลิตเหล็กหล่อ เหล็กดัดซึ่งมีคาร์บอนน้อยกว่า 0. คาร์บอน 25% เป็นเหล็กที่เหนียวเหนียวและเชื่อมได้ง่าย แต่ต้องใช้เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำมากและมีราคาแพงมาก

ในปี 2553 ปริมาณการผลิตแร่เหล็กทั่วโลกอยู่ที่ประมาณ 2 พันล้านตัน จีนเป็นผู้ผลิตรายใหญ่ที่สุดคิดเป็นประมาณ 37.5% ของการผลิตทั้งหมดในขณะที่ประเทศผู้ผลิตรายใหญ่อื่น ๆ ได้แก่ ออสเตรเลียบราซิลอินเดียและรัสเซีย

การใช้งาน

เหล็กเป็นวัสดุโครงสร้างหลัก แต่ถูกแทนที่ด้วยเหล็กในงานส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตามเหล็กหล่อยังคงใช้ในท่อและทำชิ้นส่วนยานยนต์เช่นหัวถังทรงกระบอกและกล่องเกียร์ เหล็กดัดยังคงใช้ในการผลิตของตกแต่งบ้านเช่นชั้นวางไวน์ที่วางเทียนและราวม่าน

การอ้างอิง

Street, Arthur & Alexander, W. O. 1944.

โลหะในการบริการของมนุษย์

ฉบับที่ 11 (พ.ศ. 2541)

สมาคมเหล็กหมูนานาชาติ

ที่มา: www. pigiron org สหราชอาณาจักร USGS บทสรุปโภคภัณฑ์แร่: เหล็กและเหล็กกล้า (2011) ที่มา: // แร่ธาตุ USGS gov / แร่ธาตุ / ผับ / สินค้า / เหล็ก _ & _ เหล็ก