İnsan vücudu yaklaşık 5 g demir içerir ve bunun çoğu (%70) kandaki hemoglobinin bir parçasıdır.

Fiziki ozellikleri

Serbest halde demir, grimsi bir renk tonuna sahip gümüşi beyaz bir metaldir. Saf demir sünektir ve ferromanyetik özelliklere sahiptir. Uygulamada genellikle demir alaşımları (dökme demir ve çelik) kullanılır.

Fe, Grup VIII alt grubunun dokuz d-metalinin en önemli ve en bol bulunan elementidir. Kobalt ve nikel ile birlikte “demir ailesini” oluşturur.

Diğer elementlerle bileşik oluştururken genellikle 2 veya 3 elektron kullanır (B = II, III).

Demir, grup VIII'in hemen hemen tüm d-elementleri gibi, grup numarasına eşit daha yüksek bir değerlik sergilemez. Maksimum değerliliği VI'ya ulaşır ve çok nadir görülür.

En tipik bileşikler Fe atomlarının +2 ve +3 oksidasyon durumlarında olduğu bileşiklerdir.

Demir elde etme yöntemleri

1. Teknik demir (karbon ve diğer yabancı maddelerle alaşımlı), aşağıdaki şemaya göre doğal bileşiklerinin karbotermik indirgenmesiyle elde edilir:

İyileşme 3 aşamada kademeli olarak gerçekleşir:

1) 3Fe203 + CO = 2Fe304 + CO2

2) Fe304 + CO = 3FeO + CO2

3) FeO + CO = Fe + CO2

Bu işlemden elde edilen dökme demir %2'den fazla karbon içerir. Daha sonra dökme demir, %1,5'tan az karbon içeren çelik - demir alaşımlarının üretilmesinde kullanılır.

2. Çok saf demir aşağıdaki yollardan biriyle elde edilir:

a) Fe pentakarbonilin ayrışması

Fe(CO) 5 = Fe + 5СО

b) saf FeO'nun hidrojen ile indirgenmesi

FeO + H2 = Fe + H2O

c) Fe +2 tuzlarının sulu çözeltilerinin elektrolizi

FeC204 = Fe + 2CO2

demir(II) oksalat

Kimyasal özellikler

Fe orta aktiviteli bir metaldir ve metallerin genel özelliklerini sergiler.

Benzersiz bir özellik, nemli havada "paslanma" yeteneğidir:

Kuru havada nem olmadığında demir yalnızca T > 150°C'de fark edilir şekilde reaksiyona girmeye başlar; kalsinasyon üzerine “demir ölçeği” Fe3O4 oluşur:

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4

Demir, oksijen yokluğunda suda çözünmez. Çok yüksek sıcaklıklarda Fe, su buharıyla reaksiyona girerek hidrojeni su moleküllerinden uzaklaştırır:

3 Fe + 4H20(g) = 4H2

Paslanmanın mekanizması elektrokimyasal korozyondur. Pas ürünü basitleştirilmiş bir biçimde sunulmaktadır. Aslında, değişken bileşime sahip oksitler ve hidroksitlerin karışımından oluşan gevşek bir tabaka oluşur. Al 2 O 3 filminin aksine, bu katman demiri daha fazla tahribattan korumaz.

Korozyon türleri

Demirin korozyondan korunması

1. Yüksek sıcaklıklarda halojenler ve kükürt ile etkileşim.

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3

2Fe + 3F2 = 2FeF3

Fe + I2 = FeI2

İyonik bağ tipinin baskın olduğu bileşikler oluşur.

2. Fosfor, karbon, silikon ile etkileşim (demir doğrudan N2 ve H2 ile birleşmez, ancak bunları çözer).

Fe + P = Fe x P y

Fe + C = Fe x C y

Fe + Si = Fe x Si y

Bertollidler gibi değişken bileşime sahip maddeler oluşur (bileşiklerde bağın kovalent doğası hakimdir)

3. “Oksitleyici olmayan” asitlerle etkileşim (HCl, H2SO4 dil.)

Fe 0 + 2H + → Fe 2+ + H 2

Fe, aktivite serisinde hidrojenin solunda yer aldığından (E° Fe/Fe 2+ = -0,44 V), sıradan asitlerden H2'nin yerini alabilir.

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2

Fe + H2S04 = FeS04 + H2

4. "Oksitleyici" asitlerle etkileşim (HNO 3, H 2 SO 4 kons.)

Fe 0 - 3e - → Fe 3+

Konsantre HNO3 ve H2SO4 demiri “pasifleştirir”, böylece normal sıcaklıklarda metal içlerinde çözünmez. Güçlü ısıtma ile yavaş çözünme meydana gelir (H2 salınmadan).

Bölümde HNO 3 demiri çözünür, Fe 3+ katyonları formunda çözeltiye girer ve asit anyonu NO*'ya indirgenir*:

Fe + 4HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + NO + 2H 2 O

HCl ve HNO3 karışımında çok çözünür

5. Alkalilerle ilişki

Fe, alkalilerin sulu çözeltilerinde çözünmez. Erimiş alkalilerle yalnızca çok yüksek sıcaklıklarda reaksiyona girer.

6. Daha az aktif metallerin tuzlarıyla etkileşim

Fe + CuS04 = FeS04 + Cu

Fe 0 + Cu 2+ = Fe 2+ + Cu 0

7. Gaz halindeki karbon monoksit ile etkileşim (t = 200°C, P)

Fe (toz) + 5CO (g) = Fe 0 (CO) 5 demir pentakarbonil

Fe(III) bileşikleri

Fe203 - demir (III) oksit.

Kırmızı-kahverengi toz, n. R. H 2 O'da. Doğada - “kırmızı demir cevheri”.

Elde etme yöntemleri:

1) demir (III) hidroksitin ayrışması

2Fe(OH)3 = Fe203 + 3H20

2) pirit ateşlemesi

4FeS2 + 11O2 = 8SO2 + 2Fe203

3) nitrat ayrışması

Kimyasal özellikler

Fe 2 O 3, amfoterisite belirtileri olan bazik bir oksittir.

I. Ana özellikler asitlerle reaksiyona girme yeteneğinde ortaya çıkar:

Fe203 + 6H + = 2Fe3+ + ZN2O

Fe203 + 6HCI = 2FeCI3 + 3H20

Fe 2 O 3 + 6HNO 3 = 2Fe(NO 3) 3 + 3H 2 O

II. Zayıf asit özellikleri. Fe203 sulu alkali çözeltilerinde çözünmez, ancak katı oksitler, alkaliler ve karbonatlarla birleştirildiğinde ferritler oluşur:

Fe 2 Ö 3 + CaO = Ca(FeO 2) 2

Fe203 + 2NaOH = 2NaFeO2 + H20

Fe 2 O 3 + MgCO 3 = Mg(FeO 2) 2 + CO 2

III. Fe 2 O 3 - metalurjide demir üretimi için hammadde:

Fe 2 O 3 + ZS = 2Fe + ZSO veya Fe 2 O 3 + ZSO = 2Fe + ZSO 2

Fe(OH) 3 - demir (III) hidroksit

Elde etme yöntemleri:

Alkalilerin çözünebilir Fe3+ tuzları üzerindeki etkisiyle elde edilir:

FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3 + 3NaCl

Hazırlama sırasında Fe(OH)3 kırmızı-kahverengi mukoza-amorf bir çökeltidir.

Fe ve Fe(OH)2'nin nemli havada oksidasyonu sırasında Fe(III) hidroksit de oluşur:

4Fe + 6H20 + 3O2 = 4Fe(OH)3

4Fe(OH)2 + 2H20 + O2 = 4Fe(OH)3

Fe(III) hidroksit, Fe3+ tuzlarının hidrolizinin son ürünüdür.

Kimyasal özellikler

Fe(OH)3 çok zayıf bir bazdır (Fe(OH)2'den çok daha zayıf). Göze çarpan asidik özellikler gösterir. Dolayısıyla Fe(OH)3 amfoterik bir karaktere sahiptir:

1) asitlerle reaksiyonlar kolaylıkla meydana gelir:

2) Fe(OH)3'ün taze çökeltisi sıcak kons. Hidrokso komplekslerinin oluşumu ile KOH veya NaOH çözeltileri:

Fe(OH)3 + 3KOH = K3

Alkali bir çözeltide Fe(OH)3, ferratlara oksitlenebilir (serbest halde salınmayan demir asit H2FeO4 tuzları):

2Fe(OH)3 + 10KOH + 3Br2 = 2K2 FeO4 + 6KBr + 8H20

Fe 3+ tuzları

Pratik olarak en önemlileri şunlardır: Fe 2 (SO 4) 3, FeCl 3, Fe(NO 3) 3, Fe(SCN) 3, K 3 4 - sarı kan tuzu = Fe 4 3 Prusya mavisi (koyu mavi çökelti)

b) Fe 3+ + 3SCN - = Fe(SCN) 3 tiyosiyanat Fe(III) (kan kırmızısı çözelti)

Gelirler cevherlerden Batı'da icat edildi. MÖ 2. binyılda Asya'nın bazı bölgeleri. örneğin; ardından kullanımı dağıtılmış Babil'de, Mısır'da, Yunanistan'da; Bronzları değiştirmek için, c. demir geldi. Litosferdeki içeriğe göre (ağırlıkça %4,65) l. Metaller arasında 2. sırada yer alır (alüminyum 1. sıradadır) ve yakl. 300 mineral (oksitler, sülfitler, silikatlar, karbonatlar vb.).
J. üç allotropik formda mevcut olabilir. modifikasyonlar: bcc ile a-Fe, fcc ile y-Fe ve bcc kristalli 8-Fe. ızgaralar; a-Fe, 769 "C'ye (Curie noktası) kadar ferromanyetiktir. y~Fe ve b-Fe modifikasyonları paramanyetiktir. Demir ve çeliğin ısıtma ve soğutma üzerine polimorfik dönüşümleri, 1868'de D.K. Chernov tarafından keşfedilmiştir. Fe, değişken valans sergiler (bileşikler) 2 ve 3 değerlikli demir en kararlı olanıdır.) Oksijenle birlikte demir, FeO, Fe2O3 ve Fe3O4 oksitlerini oluşturur.< 0,01 мае %) 7,874 г/ /см3, /т=1539"С, /КИЛ*3200«С.
Demir, modern teknolojinin en önemli metalidir. Düşük mukavemeti nedeniyle saf haliyle. pratik kullanılmamış Temel masaj. Bileşimi ve özellikleri çok farklı olan alaşımlar formunda kullanılır. Alaşımların payı tüm metaliklerin ~%95'ini oluşturur. ürünler.
Saf Fe, tuzlarının sulu çözeltilerinin elektrolizi veya hidrojen ile indirgenmesi yoluyla küçük miktarlarda elde edilir. Yeterli temiz doğrudan restorasyon alın. aracısız cevher konsantrelerinden (yüksek fırını, fırını atlayarak), hidrojenden, doğal gazdan veya düşük sıcaklıklarda kömürden (sünger Fe, demir tozu, metalize peletler):

Sünger demir, elde edilen yüksek demir içeriğine sahip gözenekli bir kütledir. oksitlerin azaltılması /< /пл. Сырье - ж. руда, окатыши, железорудный концентрат и прокатная окалина , а восстановитель -углерод (некоксующийся уголь , антрацит , торф, сажа), газы (водород, конверторов., природ, и др. горючие газы) или их сочетание. Г. ж. для выплавки качеств, стали в электропечах, должно иметь степень металлизации рем/реобш ^ 85 % (желат. 92-95 %) и пустой породы < 4-5 %. Содержание углерода зависит от способа произ-ва г. ж. В процессах FIOR, SL-RN и HIB получают г. ж. с 0,2-0,7 % С, в процессе Midrex 0,8-2,5 % С. При газ. восстановлении содерж. 0,01-0,015 % S. Фосфор присутствует в виде оксидов и после расплавления переходит в шлак. Из г. ж., получаемого способами H-Iron, Heganes и Сулинского мет. з-да с 97-99 % FeM механич. измельчением с последующим отжигом изготовляют жел. порошок. Общая пористость г. ж. из руды - 45- 50 %, из окатышей 45-70 %. Насыпная масса - 1,6-2,1 т/м3. Для г. ж. характерна большая уд. поверхность , к-рая, включая внутр. пов-ть открытых пор, сост. 0,2-1 М3/г. Г. ж. имеет по-выш. склонность к вторичному окислению. При темп-pax в печи ниже 550-575 °С охлажд. металлизов. продукт пирофорен (самовозгорается на воздухе при комн. темп-ре). В совр. процессах г. ж. получают при / >700 °C, aktivitesini azaltır ve metalizasyon derecesinde gözle görülür bir azalma olmadan havada (nem yokluğunda) saklanmasına olanak tanır. Yüksek sıcaklık teknolojisi kullanılarak - /> 850 ° C'de üretilen G. l., nemlendirildiğinde ikincil oksidasyona karşı düşük bir eğilime sahiptir, bu da garanti eder. açık vagonlarda güvenli taşınması, deniz (nehir) taşımacılığı, açık istiflerde depolanması;

Doğrudan elde edilen demir - kimyasal, elektrokimyasal olarak elde edilen demir. veya kimyasal-termal. doğrudan yollar cevherden, yüksek fırını atlayarak, toz, sünger şeklinde. demir (metalize topaklar), kristal veya sıvı metal. Naib'de sünger üretimi gelişmeye başladı. 700-1150 °C'de gaz yöntemiyle ütülenir. maden ocaklarında cevherin (peletlerin) geri kazanılması ve TV kullanılması. rotasyondaki yakıt fırınlar %88-93 FeM'li demirli PP, çelik eritme için şarj olarak kullanılır ve daha yüksek içerikli (%98-99) demir üretimi için kullanılır. pudra;

Karbonil demir, ısıl işlemle elde edilen demir tozudur. demir pentakarbonilin ayrışması; yüksek saflıkla karakterize edilir;
yerli demir - doğada mineraller halinde bulunan demir. Telluriğin bulunduğu koşullara göre ayırt edilirler. veya karasal (nikel-demir) ve meteoritik (kozmik) s. Ve. Tellürik. demir nadir bir mineraldir - ayrı formda bulunan a-Fe'nin bir modifikasyonu. pullar, taneler, süngerler. kitleler ve kümeler. Kompozisyon - TV. Fe ve Ni çözeltisi (%30'a kadar Ni). Meteoritnoye köyü Ve. kozmik oluşum süreçlerinde oluşmuştur. cisimler ve meteorlar şeklinde Dünya'ya düşmeler; %25'e kadar Ni içerir. Renk çelik griden siyaha, metalik. parlaklık, opak, tv. mineralojik olarak 4-5 puan. ölçek, y = 7,3-8,2 g/cm3 (Ni içeriğine bağlı olarak). Son derece manyetik, iyi dövme;

Elektrolitik demir - elektrolitik olarak elde edilen demir. rafine etme; safsızlıkların yüksek saflığı ile karakterize edilir (<0,02 % С; 0,01 % О2);
elektrikli demir - elektrik mühendisliğinde kullanılan çelik (veya teknik saf demir olarak adlandırılan) toplam içeriğe sahip. %0,05'e kadar S.E.zh dahil olmak üzere %0,08-0,10'a kadar safsızlıklar. düşük bir vuruşa sahiptir. elektrik direnci daha yüksektir Girdap akımlarından dolayı kayıplar vardır ve bu nedenle kullanımı genel olarak sınırlıdır. post manyetik devreler, manyetik akı (kutup parçaları, manyetik devreler, röleler, vb.);

A-demir - demirin bcc kafesli düşük sıcaklıkta modifikasyonu (20 °C'de a = 286,645 pm), kararlı< 910 °С; a-Fe ферромагнитно при t < 769 °С (точка Кюри);

Y-demir, 910-1400 °C'de stabil olan fcc kafesli (a = 364 pm) demirin yüksek sıcaklıktaki bir modifikasyonudur; paramanyetik;
5-demir, demirin bcc kafesli (a = 294 pm) yüksek sıcaklıktaki bir modifikasyonudur, 1400 °C'den tm'ye kadar stabildir, paramanyetiktir.

Saf haliyle demir, çeşitli yöntemlerle elde edilir: tuzlarının sulu çözeltilerinin elektrolizi, pentokarbonil demirin vakumda termal ayrışması vb. Teknik olarak saf demir - “Armco demir”, “Vit” ve diğer markalar açık ocakta üretilmektedir. fırınlar. Tablo 2 bazılarındaki safsızlıkların içeriğini göstermektedir. Yukarıdaki yöntemlerle elde edilen demir dereceleri. Açık ocak yöntemi dışındaki tüm bu yöntemler çok pahalıdır.

Demir elde etmenin ana endüstriyel yöntemi, karbon-dökme demir ve karbon çeliği ile çeşitli alaşımlar formunda üretilmesidir. Yüksek fırınlarda demir indirgendiğinde dökme demir oluşur; makine mühendisliğinde çoğunlukla çelik kullanılır. Dökme demir yüksek fırın prosesi ile üretilir.

Yüksek fırın işleminin kimyası aşağıdaki gibidir:

3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2,

Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2,

FeO + CO = Fe + CO2.

Amaçlarına göre dökme demir, pik demire ve dökme demire ayrılır. Pik demir, karbon ve diğer çeliklere daha fazla işlem yapmak için kullanılır. Dökümhane – dökme demir döküm üretimi için. Bunlardan nikelin daha fazla çıkarılması veya düşük alaşımlı nikel ve krom-nikel çeliklerin üretimi için krom-nikel dökme demirler.

Açık ocak, konvertör ve elektrikli eritme, aşırı karbon ve zararlı bileşiklerin yakılarak uzaklaştırılması ve alaşım elementlerinin içeriğinin belirlenen seviyeye ayarlanması anlamına gelir.

Dökme demirdeki maksimum karbon içeriği %4,4, silikon %1,75, manganez %1,75, fosfor %0,30, kükürt %0,07'dir. Bir çelik eritme fırınında karbon, silikon ve manganez içeriğinin yüzde onda birine düşürülmesi gerekir. Dökme demirin dönüşümü, yüksek sıcaklıklarda gerçekleştirilen oksidasyon reaksiyonları yoluyla gerçekleştirilir. Dökme demir içeriği diğer maddelerden çok daha yüksek olan demir kısmen oksitlenir:

2Fe + O2 = 2FeO + Q

Demir (II) oksit, eriyik ile karışarak silikon, manganez, fosfor ve karbonu oksitler:

Si + 2FeO = SiO2 + 2Fe + Q

Mn + FeO = MnO + Fe + Q

2P + 5FeO = P2O5 + 5Fe + Q

C + FeO = CO + Fe – Q

Oksidatif reaksiyonların tamamlanmasından sonra alaşım, imha edilmesi gereken demir (II) oksit içerir. Ayrıca çelikteki karbon, silikon ve manganez içeriğinin belirlenen standartlara getirilmesi gerekir. Bu, örneğin ferromanganez gibi deoksidanların eklenmesiyle sağlanır. Manganez demir (II) oksitle reaksiyona girer:

Mn + FeO = MnO + Fe

Karbon çelikleri aşağıdaki şekilde sınıflandırılır. yol:

temel açık ocak çeliği

asit açık ocak çeliği

dönüştürücü çelik

Elektrostal

Yüksek fırın işlemi ve dökme demirin işlenmesi de dahil olmak üzere demir ve çelik üretimine yönelik metalurjik sürecin karmaşıklığı, demir cevherlerinden doğrudan demir üretimi yönteminin sürekli olarak geliştirilmesinin ve iyileştirilmesinin nedenidir.

2,2-dietoksidandion sentezi
Amino asitler, peptitler ve proteinler veya proteinler, yaşam süreçlerinde çok önemli bir rol oynayan, kimyasal ve biyolojik olarak ilişkili bir grup bileşik oluşturur. Tam hidroliz ile...

• Tanım - Fe (Demir);
• Dönem - IV;
• Grup - 8 (VIII);
• Atom kütlesi - 55.845;
• Atom numarası - 26;
• Atom yarıçapı = 126 pm;
• Kovalent yarıçap = 117 pm;
• Elektron dağılımı - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2;
• erime sıcaklığı = 1535°C;
• kaynama noktası = 2750°C;
• Elektronegatiflik (Pauling'e göre/Alred ve Rochow'a göre) = 1,83/1,64;
• Oksidasyon durumu: +8, +6, +4, +3, +2, +1, 0;
• Yoğunluk (sayı) = 7,874 g/cm3;
• Molar hacim = 7,1 cm3 /mol.

Demir bileşikleri:

Demir, yerkabuğunda alüminyumdan sonra en çok bulunan metaldir (kütlece %5,1).

Dünya'da serbest demir, düşen meteorların yanı sıra külçe şeklinde küçük miktarlarda bulunur.

Endüstriyel olarak demir, demir içeren minerallerden demir cevheri yataklarından çıkarılır: manyetik, kırmızı, kahverengi demir cevheri.

Demirin birçok doğal mineralin bir parçası olduğu ve doğal renklerine neden olduğu söylenmelidir. Minerallerin rengi, Fe 2+ /Fe 3+ demir iyonlarının konsantrasyonuna ve oranına ve ayrıca bu iyonları çevreleyen atomlara bağlıdır. Örneğin, demir iyonlarının safsızlıklarının varlığı birçok değerli ve yarı değerli taşın rengini etkiler: topazlar (soluk sarıdan kırmızıya), safirler (maviden koyu maviye), akuamarinler (açık maviden yeşilimsi maviye), vesaire.

Demir, hayvanların ve bitkilerin dokularında bulunur; örneğin bir yetişkinin vücudunda yaklaşık 5 g demir bulunur. Demir hayati bir elementtir; oksijenin akciğerlerden dokulara ve hücrelere taşınmasına katılan hemoglobin proteininin bir parçasıdır. İnsan vücudunda demir eksikliği ile birlikte anemi (demir eksikliği anemisi) gelişir.

Pirinç. Demir atomunun yapısı.

Demir atomunun elektronik konfigürasyonu 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2'dir (bkz. Atomların elektronik yapısı). Diğer elementlerle kimyasal bağ oluşumunda dış 4s seviyesinde bulunan 2 elektron + 3d alt seviyesindeki 6 elektron (toplamda 8 elektron) katılabilir, bu nedenle bileşiklerde demir +8, +6 oksidasyon durumlarını alabilir, +4, +3, +2, +1, (en yaygın olanları +3, +2'dir). Demir ortalama kimyasal aktiviteye sahiptir.

Pirinç. Demir oksidasyon durumları: +2, +3.

Demirin fiziksel özellikleri:

• gümüş-beyaz metal;
• saf haliyle oldukça yumuşak ve plastiktir;
• iyi termal ve elektriksel iletkenliğe sahiptir.

Demir dört modifikasyon formunda mevcuttur (kristal kafesin yapısında farklılık gösterirler): a-demir; β-demir; γ-demir; δ-demir.

Demirin kimyasal özellikleri

• sıcaklığa ve oksijen konsantrasyonuna bağlı olarak oksijenle reaksiyona girerek çeşitli ürünler veya demir oksidasyon ürünlerinin bir karışımı (FeO, Fe203, Fe3O4) oluşturulabilir:
  3Fe + 2O2 = Fe304;
• Düşük sıcaklıklarda demir oksidasyonu:
  4Fe + 3O2 = 2Fe203;
• su buharı ile reaksiyona girer:
  3Fe + 4H20 = Fe304 + 4H2;
• ince kırılmış demir, kükürt ve klor (demir sülfür ve klorür) ile ısıtıldığında reaksiyona girer:
  Fe + S = FeS; 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3;
• yüksek sıcaklıklarda silikon, karbon, fosfor ile reaksiyona girer:
  3Fe + C = Fe3C;
• Demir, diğer metaller ve metal olmayanlarla alaşımlar oluşturabilir;
• demir, daha az aktif metalleri tuzlarından uzaklaştırır:
  Fe + CuCl2 = FeCl2 + Cu;
• Seyreltik asitlerle demir, indirgeyici bir madde olarak etki ederek tuzlar oluşturur:
  Fe + 2HCl = FeCl2 + H2;
• seyreltik nitrik asit ile demir, konsantrasyonuna bağlı olarak (N2, N20, NO2) çeşitli asit indirgeme ürünleri oluşturur.

Demirin elde edilmesi ve kullanılması

Endüstriyel demir elde edilir eritme dökme demir ve çelik.

Dökme demir, silikon, manganez, kükürt, fosfor ve karbon safsızlıklarını içeren bir demir alaşımıdır. Dökme demirdeki karbon içeriği %2'yi aşar (çelikte %2'den az).

Saf demir elde edilir:

• dökme demirden yapılmış oksijen dönüştürücülerde;
• demir oksitlerin hidrojen ve iki değerlikli karbon monoksit ile indirgenmesi;
• karşılık gelen tuzların elektrolizi.

Dökme demir, demir cevherlerinden demir oksitlerin indirgenmesiyle elde edilir. Demirin eritilmesi yüksek fırınlarda gerçekleştirilir. Kok, yüksek fırında ısı kaynağı olarak kullanılır.

Yüksek fırın, onlarca metre yüksekliğinde çok karmaşık bir teknik yapıdır. Refrakter tuğlalarla kaplanmıştır ve dış çelik kasa ile korunmaktadır. 2013 yılı itibarıyla en büyük yüksek fırın, Güney Kore'deki çelik şirketi POSCO tarafından Gwangyang Metalurji Fabrikası'nda inşa edildi (modernizasyondan sonraki fırın hacmi 6.000 metreküp ve yıllık 5.700.000 ton kapasite).

Pirinç. Yüksek fırın.

Yüksek fırında dökme demirin eritilmesi işlemi, fırın sonuna ulaşana kadar birkaç on yıl boyunca sürekli olarak devam eder.

Pirinç. Yüksek fırında demir eritme işlemi.

• zenginleştirilmiş cevherler (manyetik, kırmızı, kahverengi demir cevheri) ve kok yüksek fırının üst kısmından dökülür;
• Karbon monoksitin (II) etkisi altında demirin cevherden indirgenmesi işlemleri, yüksek fırının (maden) orta kısmında 450-1100°C sıcaklıkta meydana gelir (demir oksitler metale indirgenir):
  • 450-500°C - 3Fe203 + CO = 2Fe304 + CO2;
  • 600°C - Fe304 + CO = 3FeO + CO2;
  • 800°C - FeO + CO = Fe + C02;
  • iki değerlikli demir oksidin bir kısmı kok tarafından indirgenir: FeO + C = Fe + CO.
• Buna paralel olarak, silikon ve manganez oksitlerin (demir cevherinde safsızlıklar halinde bulunur) indirgenmesi süreci meydana gelir; silikon ve manganez, demirin erimesinin bir parçasıdır:
  • Si02 + 2C = Si + 2CO;
  • Mn203 + 3C = 2Mn + 3CO.
• Kireçtaşının termal ayrışması sırasında (yüksek fırına verilir), cevherde bulunan silikon ve alüminyum oksitlerle reaksiyona giren kalsiyum oksit oluşur:
  • CaC03 = CaO + C02;
  • CaO + SiO2 = CaSiO3;
  • CaO + Al203 = Ca(AlO2)2.
• 1100°C'de demir indirgeme işlemi durur;
• Şaftın altında, yüksek fırının en geniş kısmı olan buhar vardır, bunun altında kokun yandığı ve sıvı eritme ürünlerinin oluşturulduğu bir omuz vardır - fırının en altında biriken dökme demir ve cüruf - dövme ;
• Ocağın üst kısmında 1500°C sıcaklıkta, üflenen hava akımında kokun yoğun yanması meydana gelir: C + O2 = CO2;
• Sıcak koktan geçen karbon monoksit (IV), demir için bir indirgeyici madde olan karbon monoksite (II) dönüştürülür (yukarıya bakın): C02 + C = 2CO;
• silikatlar ve kalsiyum alüminosilikatların oluşturduğu cüruflar, dökme demirin üzerinde bulunur ve onu oksijenin etkisinden korur;
• ocağın farklı seviyelerinde bulunan özel deliklerden dökme demir ve cüruf dışarı atılır;
• Dökme demirin çoğu daha ileri işlemler için kullanılır - çelik eritme.

Çelik, dönüştürücü yöntemi (açık ocak yöntemi hala kullanılmasına rağmen zaten modası geçmiş) veya elektrikli eritme (elektrikli fırınlarda, indüksiyon fırınlarında) kullanılarak dökme demir ve hurda metalden eritilir. Sürecin özü (dökme demir işleme), oksijenle oksidasyon yoluyla karbon ve diğer yabancı maddelerin konsantrasyonunu azaltmaktır.

Yukarıda belirtildiği gibi çelikteki karbon konsantrasyonu %2'yi geçmez. Bu sayede çelik, dökme demirden farklı olarak oldukça kolay bir şekilde dövülebilir ve haddelenebilir, bu da ondan yüksek sertlik ve mukavemete sahip çeşitli ürünlerin yapılmasını mümkün kılar.

Çeliğin sertliği, belirli bir çelik sınıfındaki karbon içeriğine (daha fazla karbon, daha sert çelik) ve ısıl işlem koşullarına bağlıdır. Temperleme (yavaş soğutma) sırasında çelik yumuşar; Söndürüldüğünde (hızlı soğutma) çelik çok sertleşir.

Çeliğe gerekli spesifik özellikleri kazandırmak için alaşım katkı maddeleri eklenir: krom, nikel, silikon, molibden, vanadyum, manganez vb.

Dökme demir ve çelik, ulusal ekonominin sektörlerinin büyük çoğunluğunda en önemli yapısal malzemelerdir.

Demirin biyolojik rolü:

• yetişkin insan vücudu yaklaşık 5 g demir içerir;
• demir hematopoietik organların işleyişinde önemli bir rol oynar;
• demir birçok karmaşık protein kompleksinin (hemoglobin, miyoglobin, çeşitli enzimler) bir parçasıdır.

Ahududu tozu için feroksit katalizörleri, ateşleyici bileşimi, kramel yakıtı.

Yöntem 1. Demir sülfattan demir oksit Fe203 elde edilmesi

Demir oksitler piroteknik bileşiklerde katalizör olarak sıklıkla kullanılır. Daha önce mağazalardan satın alınabiliyordu. Örneğin demir oksit monohidrat FeOOH “sarı demir oksit pigmenti” boyası olarak bulundu. Demir oksit Fe 2 O 3 kırmızı kurşun şeklinde satıldı. Şu anda tüm bunları satın almanın kolay olmadığı ortaya çıktı. Eve alma konusunda endişelenmem gerekiyordu. Pek kimyager değilim ama hayat beni zorladı. Önerileri internette araştırdım. Ne yazık ki normal, yani. Evde kullanım için basit ve güvenli bir tarif bulmanın zor olduğu ortaya çıktı. Oldukça uygun görünen tek bir tarif vardı ama yine bulamadım. Kafamda kabul edilebilir bileşenlerin bir listesi var. Kendi yöntemimi kullanmaya karar verdim. İşin garibi, sonuç oldukça kabul edilebilir çıktı. Sonuç, çok homojen ve ince bir şekilde dağılmış, bariz demir oksit belirtilerine sahip bir bileşikti. Ahududu tozu ve ikincil ateşleyicide kullanılması, ihtiyaç duyulanın elde edildiğini tamamen doğruladı.

Bu yüzden onu bahçecilik mağazasından satın alıyoruz. demir sülfat FeSO 4 eczaneden hap alıyoruz hidroperit, üç paket ve mutfakta stoklama kabartma tozu NaHCO 3. Tüm malzemelerimiz var, hadi pişirmeye başlayalım. Hidroperit tabletler yerine bir çözüm kullanabilirsiniz hidrojen peroksit H 2 0 2, eczanelerde de mevcuttur.

0,5 litre hacimli bir cam kapta, yaklaşık 80 g (bir paketin üçte biri) demir sülfatı sıcak suda çözün. Karıştırırken küçük porsiyonlarda kabartma tozu ekleyin. Çok köpüren, çok kötü renkte bir tür çöp oluşuyor.

FeSO 4 +2NaHC03 =FeCO 3 +Na 2 SO 4 +H 2 O+CO 2

Bu nedenle her şey lavaboda yapılmalıdır. Köpürme neredeyse durana kadar kabartma tozu ekleyin. Karışımı hafifçe oturttuktan sonra ezilmiş hidroperit tabletleri yavaş yavaş dökmeye başlıyoruz. Reaksiyon yine oldukça hızlı bir şekilde köpük oluşumuyla gerçekleşir. Karışım karakteristik bir renk kazanır ve tanıdık pas kokusu ortaya çıkar.

2FeCO3 +H202 =2FeOOH+2CO2

Köpüklenme yani reaksiyon neredeyse tamamen duruncaya kadar hidroperiti tekrar doldurmaya devam ediyoruz.

Kimyasal kabımızı yalnız bırakıyoruz ve kırmızı bir çökeltinin nasıl oluştuğunu görüyoruz - bu bizim oksitimiz, daha doğrusu FeOOH oksit monohidrat veya hidroksittir. Geriye kalan tek şey bağlantıyı etkisiz hale getirmek. Tortunun yerleşmesine ve fazla sıvının akmasına izin verin. Daha sonra temiz su ekleyin, bekletin ve tekrar süzün. Bunu 3-4 kez tekrarlıyoruz. Son olarak tortuyu bir kağıt havlunun üzerine dökün ve kurulayın. Ortaya çıkan toz mükemmel bir katalizördür ve halihazırda stopinlerin ve ikincil ateşleyici bileşimin, "ahududu" barutunun üretiminde ve karamel roket yakıtlarının katalize edilmesinde kullanılabilir. /25.01.2008, kia-soft/

Bununla birlikte, “ahududu” barutunun orijinal tarifi, saf kırmızı oksit Fe203'ün kullanımını belirtir. Karamelin kataliziyle yapılan deneylerin gösterdiği gibi, Fe203 gerçekten de FeOOH'dan biraz daha aktif bir katalizördür. Ferrik oksit elde etmek için, elde edilen hidroksitin sıcak bir demir levha üzerinde veya sadece bir teneke kutuda kalsine edilmesi yeterlidir. Sonuç olarak kırmızı Fe2O3 tozu oluşur.

Kül fırınını yaptıktan sonra 300-350°C sıcaklıkta 1-1,5 saat kalsine ediyorum. Çok rahat. /kia-soft 06.12.2007/

Not:
Roket bilimcisi Vega tarafından yapılan bağımsız araştırma, bu yöntemle elde edilen katalizörün, endüstriyel feroksitlere kıyasla artan aktiviteye sahip olduğunu gösterdi; bu, özellikle buharlaştırma yoluyla elde edilen şeker karamel yakıtında fark edilir.

Yöntem 2. Demir klorürden demir oksit Fe203 elde edilmesi

İnternette bu olasılığa dair bilgiler var, örneğin Bulgar roket bilim adamlarının forumunda, bikarbonat kullanılarak oksit elde edildi, kimyagerler forumunda bu yöntemden bahsedildi ama elimde olmadığı için pek dikkat etmedim. Demir klorür. Geçtiğimiz günlerde RubberBigPepper sitemin bir misafiri bana bu seçeneği hatırlattı. Elektronikle aktif olarak ilgilendiğim ve klorür satın aldığım için çok zamanında. Demir hidroksit üretimi için bu seçeneği denemeye karar verdim. Yöntem finansal olarak biraz daha pahalıdır ve ana bileşen olan ferrik klorürün elde edilmesi daha zordur, ancak hazırlama açısından daha kolaydır.

Yani, ihtiyacimiz var demir klorür FeCl 3 Ve kabartma tozu NaHCO 3. Ferrik klorür, baskılı devre kartlarını aşındırmak için yaygın olarak kullanılır ve radyo mağazalarında satılır.

İki çay kaşığı FeCl3 tozunu bir bardak sıcak suya dökün ve eriyene kadar karıştırın. Şimdi sürekli karıştırarak yavaş yavaş kabartma tozu ekleyin. Reaksiyon köpürme ve köpürme ile hızlı bir şekilde ilerler, bu nedenle acele etmeye gerek yoktur.

FeCl3 +3NaHC03 =FeOOH+3NaCl+3CO2 +H2O

Köpürme durana kadar karıştırın. Durup tortuda aynı hidroksit FeOOH'yi alıyoruz. Daha sonra, ilk yöntemde olduğu gibi çözeltiyi birkaç kez boşaltıp su ekleyip çökelterek bileşiği nötralize ediyoruz. Son olarak çökeltiyi kurutup katalizör olarak veya kalsinasyon yoluyla demir oksit Fe203 elde etmek için kullanırız (bkz. yöntem 1).

İşte basit bir yol. Verim çok iyidir, iki çay kaşığı (~15g) klorürden 10g hidroksit elde edilir. Bu yöntemle elde edilen katalizörler test edilmiştir ve tamamen uyumludur. /kia-soft 03/11/2010/

Not:
Kimyasal reaksiyon denklemlerinin %100 güvenilirliğini garanti edemem ama özünde bunlar devam eden kimyasal süreçlere karşılık gelir. Fe(III) hidroksitin durumu özellikle karanlıktır. Tüm kanonlara göre Fe(OH)3'ün çökelmesi gerekir. Ancak peroksit varlığında (yöntem 1) ve yüksek sıcaklıklarda (yöntem 2), teorik olarak trihidroksitin FeOOH monohidrata dehidrasyonu meydana gelir. Dışarıdan bakıldığında olay tam olarak budur. Ortaya çıkan hidroksit tozu pas gibi görünüyor ve pasın ana bileşeni FeOOH'dur. ***