鐵(iron)是一種金屬元素,原子序數(shù)26,鐵單質(zhì)化學式:Fe。純鐵是白色或者銀白色的,有金屬光澤。熔點1538℃、沸點2750℃,能溶于強酸和中強酸,不溶于水。鐵有0價、+2價、+3價和+6價,其中+2價和+3價較常見,+6價少見。
鐵在生活中分布較廣,占地殼含量的4.75%,僅次于氧、硅、鋁,位居地殼含量第四。純鐵是柔韌而延展性較好的銀白色金屬,用于制發(fā)電機和電動機的鐵芯,鐵及其化合物還用于制磁鐵、、墨水、顏料、磨料等,是工業(yè)上所說的“黑色金屬”之一(另外兩種是鉻和錳)(其實純凈的生鐵是銀白色的,鐵元素被稱之為“黑色金屬”是因為鐵表面常常覆蓋著一層主要成分為黑色四氧化三鐵的保護膜) 。另外人體中也含有鐵元素,+2價的亞鐵離子是血紅蛋白的重要組成成分,用于氧氣的運輸。
主要使用的鐵礦石有:Fe2O3(赤鐵礦)、Fe3O4(磁鐵礦)、FeCO3(菱鐵礦)、FeS2(黃鐵礦)……
化學性質(zhì)
鐵是工業(yè)部門不可缺少的一種金屬。鐵與少量的碳制成合金——鋼,磁化之后不易去磁,是優(yōu)良的硬磁材料,同時也是重要的工業(yè)材料,并且也作為人造磁的主要原料。鐵有多種同素異形體。
鐵是比較活潑的金屬,在金屬活動順序表里排在氫的前面,化學性質(zhì)比較活潑,是一種良好的還原劑。鐵在空氣中不能燃燒,在氧氣中卻可以劇烈燃燒。
鐵是變價元素,0價只有還原性,+6價只有氧化性,+2,+3價既有還原性又有氧化性。在置換反應中一般顯+2價,但有少數(shù)顯+3價,如溴化亞鐵和過量氯氣反應:
常溫時,鐵在干燥的空氣里不易與氧、硫、氯等非金屬單質(zhì)起反應,若有雜質(zhì),在潮濕的空氣中易銹蝕;在有酸、堿或鹽的溶液存在的濕空氣中生銹更快。在高溫時,則劇烈反應,如鐵在氧氣中燃燒,生成Fe3O4,赤熱的鐵和水蒸氣起反應也生成Fe3O4。加熱時均能同鹵素、硫、硅、碳、磷等化合。除生成+2和+3價氧化物外,還有復合氧化物Fe3O4(磁鐵的主要成分)生成。
高速鋼的熱處理工藝較為復雜,必須經(jīng)過淬火、回火等一系列過程。淬火時由于它的導熱性差一般分兩階段進行。先在800~850℃預熱(以免引起大的熱應力),然后迅速加 熱到淬火溫度1190~1290℃(不同牌號實際使用時溫度有區(qū)別),后油冷或空冷或充氣體冷卻。工廠均采用鹽爐加熱,現(xiàn)真空爐使用也相當廣泛。淬火后因內(nèi)部組織還保留一部分(約30%)殘余奧氏體沒有轉(zhuǎn)變成馬氏體,影響了高速鋼的性能。為使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變,進一步提高硬度和耐磨性,一般要進行2~3次回火,回火溫度560℃,每次保溫1小時。
生產(chǎn)制造方法:通常采用電爐生產(chǎn),曾采用粉末冶金方法生產(chǎn)高速鋼,使碳化物呈極細小的顆粒均勻地分布在基體上,提高了使用壽命。
用途:用于制造各種切削工具。如車刀、鉆頭、滾刀、機用鋸條及要求高的模具等。
稀有金屬在地殼中的含量并不都是很少的。例如鈦、鋯、釩在地殼中的含量大于常見的有色金屬鎳、銅、鋅、鈷、鉛、錫。稀有金屬由于賦存分散,并且常與其他金屬伴生,一些物理化學性質(zhì)特殊因而往往要采取特殊的生產(chǎn)工藝。如用有機溶劑萃取法及離子交換法分離提取鋰、銣、銫、鈹、鋯、鉿、鉭、鈮、鎢、鉬、鎵、銦、鉈、鍺、錸以及鑭系金屬、錒系金屬等;用金屬熱還原法、熔鹽電解法制取鋰、鈹、鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭及稀土金屬等;用氯化冶金法提取分離或還原制取鈦、鋯、鉿、鉭、鈮和稀土金屬等;用碘化物熱分解法制取高純鈦、鋯、鉿、釩、鈾、釷等。真空燒結(jié)、電弧熔煉、電子束熔煉、等離子熔煉等一系列冶金技術(shù)已經(jīng)大量用于提煉稀有金屬,特別是稀有難熔金屬。區(qū)域熔煉技術(shù)已是制取高純度稀散金屬和稀有難熔金屬的有效手段。