Metal Profile: Iron Properties at Mga Katangian

Ang paggamit ng bakal ng mga tao ay nagsisimula sa mga 5000 taon. Ito ang ikalawang pinaka-sagana na elemento ng metal sa crust ng daigdig at pangunahing ginagamit upang makabuo ng bakal, isa sa pinakamahalagang materyales sa istruktura sa mundo.

Ari-arian

Atomic Symbol: Fe
Atomic Number: 26
Kategorya ng Elemento: Transition Metal
Density: 7.874g / cm³
Temperatura ng pagkatunaw: 2800 ° F (1538 ° C)
Boiling Point: 5182 ° F (2862 ° C)
Moh's Hardness: 4

Mga katangian

Ang dalisay na bakal ay isang kulay-pilak na metal na nagpapainit ng init at kuryente. Ang iron ay masyadong reactive na umiiral nang mag-isa kaya natural lamang itong lumalabas sa crust ng lupa bilang mga iron ores, tulad ng hematite, magnetite, at siderite.

Ang isa sa mga katangian ng pagkakakilanlan ng bakal ay na ito ay malakas na magnetic. Naipakita sa isang malakas na magnetic field, ang anumang piraso ng bakal ay maaaring ma-magnetize. Ang mga siyentipiko ay naniniwala na ang core ng lupa ay binubuo ng tungkol sa 90% bakal. Ang magnetic force na ginawa ng bakal na ito ay ang lumilikha ng magnetic North at South poles.

Kasaysayan

Ang bakal ay malamang na natuklasan at kinuha bilang resulta ng kahoy na nasusunog sa ibabaw ng iron-containing ores. Ang carbon sa loob ng kahoy ay may reacted sa oxygen sa mineral, nag-iwan ng malambot, malleable bakal metal. Ang iron smelting at ang paggamit ng bakal para gumawa ng mga kasangkapan at mga sandata ay nagsimula sa Mesopotamia (kasalukuyang araw ng Iraq) sa pagitan ng 2700 at 3000 BC. Sa paglipas ng mga sumusunod na 2000 taon, ang kaalaman sa pag-smel sa bakal ay kumalat sa silangan sa Europa at Aprika sa isang panahon na kilala bilang Panahon ng Iron.

Mula noong ika-17 siglo, hanggang sa isang mahusay na paraan upang makagawa ng bakal ay natuklasan noong kalagitnaan ng ika-19 na siglo, ang bakal ay lalong ginagamit bilang isang estruktural materyal upang gumawa ng mga barko, tulay, at mga gusali. Ang Eiffel Tower, na itinayo noong 1889, ay ginawa gamit ang higit sa 7 milyong kilo ng wrought iron.

Kalawang

Ang pinaka-mahirap na katangian ng bakal ay ang pagkahilig nito upang bumuo ng kalawang. Ang kalawang (o ferric oxide) ay isang kayumanggi, guluhin na tambalan na ginawa kapag ang bakal ay nakalantad sa oxygen. Ang oxygen gas na nakapaloob sa tubig ay nagpapabilis sa proseso ng kaagnasan. Ang rate ng kalawang - kung gaano kabilis ang bakal ay nagiging ferric oxide - ay tinutukoy ng oxygen na nilalaman ng tubig at ng ibabaw na lugar ng bakal. Ang sobrang tubig ay naglalaman ng higit na oksiheno kaysa sa sariwang tubig, kaya ang karagatan ng asin ay mas mabilis na nagagaling ng bakal kaysa sa sariwang tubig.

Ang kalawang ay maaaring mapigilan sa pamamagitan ng paglalagay ng bakal sa iba pang mga metal na chemically mas kaakit-akit sa oxygen, tulad ng sink (ang proseso ng patong na bakal na may sink ay tinutukoy bilang 'galvanizing'). Gayunpaman, ang pinaka-epektibong paraan ng pagprotekta laban sa kalawang ay ang paggamit ng bakal.

Steel

Ang bakal ay isang haluang metal ng bakal at iba't ibang mga metal, na ginagamit upang mapahusay ang mga katangian (lakas, paglaban sa kaagnasan, pagpapahintulot sa init atbp.) Ng bakal. Ang pagpapalit ng uri at halaga ng mga elemento na may bakal na bakal ay maaaring makagawa ng iba't ibang uri ng bakal.

Ang pinakakaraniwang mga steels ay:

Carbon steels, na naglalaman ng 0.5-1.5% carbon. Ang mga ito ang pinakakaraniwang mga steels at ginagamit para sa mga awto, barko ng hull, kutsilyo, makinarya at lahat ng uri ng mga sumusuporta sa istruktura.
Mababang steels na haluang metal, na naglalaman ng 1-5% ng iba pang mga riles (madalas na nikelado o tungsten). Ang nikelado na bakal ay nakasalalay sa mataas na antas ng pag-igting at, sa gayon, kadalasang ginagamit sa pagtatayo ng mga tulay at para sa paggawa ng mga chain ng bisikleta. Tungsten steels panatilihin ang kanilang mga hugis at lakas sa mataas na temperatura kapaligiran at ginagamit sa epekto, umiinog mga application, tulad ng drill bits.
Ang mataas na steels na haluang metal, na naglalaman ng 12-18% ng iba pang mga riles ay ginagamit lamang sa mga application ng specialty dahil sa kanilang mataas na gastos. Ang isang halimbawa ng isang mataas na bakal na haluang metal ay hindi kinakalawang na asero, na kadalasang naglalaman ng kromo at nikelado, ngunit maaaring maging alloyed na may iba't ibang mga metal rin. Ang hindi kinakalawang na asero ay napakalakas at lubos na lumalaban sa kaagnasan.

Iron Production

Karamihan sa bakal ay ginawa mula sa mga mineral na matatagpuan malapit sa ibabaw ng lupa. Ang mga modernong pamamaraan ng pagkuha ay gumagamit ng mga furnace ng sabog, na kung saan ay nailalarawan sa pamamagitan ng kanilang mga matataas na stack (mga istrukturang tulad ng tsimenea). Ang bakal ay ibinubuhos sa mga stack kasama ang kouk (carbon-rich coal) at limestone (calcium carbonate). Ngayong mga araw na ito, ang iron ore ay karaniwang napupunta sa proseso ng sintering bago pumasok sa stack. Ang prosesong ito ay bumubuo ng mga piraso ng mineral na nasa pagitan ng 10-25mm, na pagkatapos ay halo-halong may kouk at apog.

Ang sintered na ore, coke at limestone ay ibubuhos sa stack kung saan ito nasusunog sa temperatura ng 1800 ° C. Ang mga koko ay sinusunog bilang pinagmumulan ng init at, kasama ang oxygen na kinunan sa pugon, ay tumutulong upang mabuo ang pagbawas ng gas carbon monoxide. Ang apog ay nakikipag-mix sa mga impurities sa bakal upang bumuo ng slag. Ang slag ay mas magaan kaysa sa natunaw na batong-bakal, kaya tumataas ito sa ibabaw at madaling maalis. Pagkatapos ay ibuhos ang mainit na bakal sa mga hulma upang makagawa ng baboy na bakal o direktang inihanda para sa produksyon ng bakal.

Ang baboy na bakal ay naglalaman pa rin ng 3.5-4.5% carbon, kasama ang iba pang mga impurities, at malutong at mahirap na magtrabaho kasama. Ginagamit ang iba't ibang mga proseso upang mapababa ang mga impurities ng phosphorus at sulfur sa bakal na bakal upang makagawa ng cast iron. Ang pundidong bakal, na naglalaman ng mas mababa sa 0.25% carbon, ay matigas, malambot at madaling hinangin, ngunit mas matrabaho at mahal upang makabuo kaysa sa mababang carbon steel.

Noong 2010, ang produksyon ng global iron ore ay humigit-kumulang sa 2.4 bilyon na tonelada. Ang pinakamalaking prodyuser ng China, ang kumukuha ng 37.5% ng lahat ng produksyon, habang ang iba pang mga pangunahing paggawa ng bansa ay kinabibilangan ng Australia, Brazil, India, at Russia.

Mga Application

Ang bakal ay dating pangunahing materyal sa istruktura, ngunit mahaba itong pinalitan ng bakal sa karamihan sa mga application. Gayunpaman, ang bakal na bakal ay ginagamit pa rin sa mga tubo at gumawa ng mga bahagi ng automotive, tulad ng mga silindro, mga silindro at mga kaso ng gearbox. Ginagamit pa ang bakal na bakal upang makabuo ng mga bagay na palamuti sa bahay, tulad ng mga dulang ng alak, may hawak ng kandila, at kurtina.

Mga sanggunian

Street, Arthur. & Alexander, W. O. 1944. Mga Metal sa Serbisyo ng Tao . 11th Edition (1998).Ang International Pig Iron Association.Pinagmulan: www.pigiron.org.ukUSGS. Mga Buod ng Mineral kalakal: Iron at Steel (2011).Pinagmulan: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/iron_&_steel