Železo

Železo

• Nejrozšířenější přechodný kov na zemi

• 2. nejrozšířenější kov na Zemi

Vlastnosti:

• oxidační čísla: II, III, výjimečně VI

• feromagnetický (Curierova teplota 768 °C - při této teplotě feromagnetické vlastnosti ztrácí)

• neušlechtilý kov

  • Reaguje s vodou za horka

2 Fe + 6 H2O 2 Fe(OH)3 + 3 H2

• biogenní prvek - v hemoglobinu (při nedostatku – anemie)

• S koncentrovanou kyselinou sírovou se pasivuje

  • Fe+ H2SO4 FeSO4 + H2

Rudy železa:

• Hematit/krevel – Fe2O3

• Limonit/hnědel - Fe2O3 . nH2O

• Magnetit – Fe3O4 (Fe2O3 . FeO)

• Siderit/ocelek FeCO3

• Pyrit/kočičí zlato – FeS2 (disulfid železnatý)

Výroba železa:

• probíhá ve vysokých pecích (25-30 m)

• suroviny/vsázka:

  • železná ruda

  • koks (redukční činidlo)

  • vápenec (struskotvorné činidlo)

  • SiO2 (obsažen v rudě)

• vršek pece se nazývá kychta, spodek nístěj

• železná pec se musí používat nonstop – pokud vyhasne musí se zbourat a postavit nová

1. Kychtou se do pece nasype vsázka.

2. Struskotvorné činidlo (CaCO3) se působením tepla rozkládá na CaO, který reaguje s hlušinou (SiO2) za vzniku strusky (křemičitan vápenatý CaSiO3). Ta poté chrání vzniklé surové železo před zpětnou oxidací (mohlo by zreagovat s kyslíkem z vháněného horkého vzduchu) Struska má nižší hustotou než surové železo, a proto na něm plave.

3. Dole do pece se vhání horký vzduch. Koks reaguje se vzdušným kyslíkem za vzniku CO, který se následně použije při nepřímé redukci.

4. V redukčním pásmu probíhá nepřímá redukce rudy železa oxidem uhelnatým. V této fázi v někde jen málo surového železa, dostáváme spíše směs tří oxidů železa a trochu surového železa.

5. V přímé redukci se už oxidy železa redukují přímo koksem za vzniku surového železa a oxidu uhelnatého.

6. V uhlíkovém pásmu probíhá nauhličování železa, kdy vzniká karbid železa (Fe3C). Z uhlíku v surovém železe je asi 3-5 %. Právě tento uhlík způsobuje křehkost surového železa.

7. V tavném pásmu dochází k roztavení.

8. V nístěji pece se nakonec surové železo odlévá.

Surové železo/litina

• Obsahuje 3-5 % uhlíku ve formě karbidu železa

• Je křehká (může se zpracovávat jen litím)

• používá se na výrobu radiátorů, trubek, ozdobného zábradlí, hrnců

• dále se v konvertorech zpracovává na ocel

Zušlechťování oceli

• kalení – ztvrzování oceli náhlým zchlazením

  • vzniklá ocel má vyšší tvrdost ale větší křehkost

  • používá se například na výrobu mečů

• popouštění – zvyšování pružnosti zahřátím a pomalým ochlazením

• legování – přidání jiných prvků (např. Cr, Mn) do oceli, vzniká tak korozivzdorná ocel