100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Железо, сталь, ржавчина: описание, фото и видео

Металл в интерьере – виды, сочетания, декор

Железо и стали на его основе используются повсеместно в промышленности и обыденной жизни человека. Однако мало кто знает, из чего делают железо, вернее, как его добывают и преобразовывают в сплав стали.

Популярное заблуждение

Для начала определимся с понятиями, поскольку люди часто путаются и не совсем понимают, что такое железо вообще. Это химический элемент и простое вещество, которое в чистом виде не встречается и не используется. А вот сталь – это сплав на основе железа. Она богата на различные химические элементы, а также содержит углерод в своем составе, который необходим для придания прочности и твердости.

Следовательно, не совсем правильно рассуждать о том, из чего делают железо, так как оно представляет собой химический элемент, который есть в природе. Человек из него делает сталь, которая в дальнейшем может использоваться для изготовления чего-либо: подшипников, кузовов автомобилей, дверей и т. д. Невозможно перечислить все предметы, которые из нее производятся. Итак, ниже мы не будем разбирать, из чего делают железо. Вместо этого поговорим о преобразовании этого элемента в сталь.

Добыча

В России и мире существует множество карьеров, где добывают железную руду. Это огромные и тяжелые камни, которые достаточно сложно достать из карьера, так как они являются частью одной большой горной породы. Непосредственно на карьерах в горную породу закладывают взрывчатку и взрывают ее, после чего огромные куски камней разлетаются в разные стороны. Затем их собирают, грузят на большие самосвалы (типа БелАЗ) и везут на перерабатывающий завод. Из этой горной породы и будет добываться железо.

Иногда, если руда находится на поверхности, то ее вовсе необязательно подрывать. Ее достаточно расколоть на куски любым другим способом, погрузить на самосвал и увезти.

Производство

Итак, теперь мы понимаем, из чего делают железо. Горная порода является сырьем для его добычи. Ее отвозят на перерабатывающее предприятие, загружают в доменную печь и нагревают до температуры 1400-1500 градусов. Эта температура должна держаться в течение определенного времени. Содержащееся в составе горной породы железо плавится и приобретает жидкую форму. Затем его остается разлить в специальные формы. Образовавшиеся шлаки при этом отделяют, а само железо получается чистым. Затем агломерат подают в бункерные чаши, где он продувается потоком воздуха и охлаждается водой.

Есть и другой способ получения железа: горную породу дробят и подают на специальный магнитный сепаратор. Так как железо имеет способность намагничиваться, то минералы остаются на сепараторе, а вся пустая порода вымывается. Конечно, чтобы железо превратить в металл и придать ему твердую форму, его необходимо легировать с помощью другого компонента – углерода. Его доля в составе очень мала, однако именно благодаря нему металл становится высокопрочным.

Стоит отметить, что в зависимости от объема добавляемого в состав углерода сталь может получаться разной. В частности, она может быть более или менее мягкой. Есть, например, специальная машиностроительная сталь, при изготовлении которой к железу добавляют всего 0,75 % углерода и марганец.

Теперь вы знаете, из чего делают железо и как его преобразовывают в сталь. Конечно, способы описаны весьма поверхностно, но суть они передают. Нужно запомнить, что из горной породы делают железо, из чего далее могут получать сталь.

Производители

На сегодняшний день в разных странах есть крупные месторождения железной руды, которые являются базой для производства мировых запасов стали. В частности, на Россию и Бразилию приходится 18 % мирового производства стали, на Австралию – 14 %, Украину – 11 %. Самыми крупными экспортерами является Индия, Бразилия, Австралия. Отметим, что цены на металл постоянно меняются. Так, в 2011 году стоимость одной тонны металла составляла 180 долларов США, а к 2016 году была зафиксирована цена в 35 долларов США за тонну.

Заключение

Теперь вы знаете, из чего состоит железо (имеется в виду металл) и как его производят. Применение этого материала распространено во всем мире, и его значение практически невозможно переоценить, так как используется он в промышленных и бытовых отраслях. К тому же экономика некоторых стран построена на базе изготовления металла и его последующего экспорта.

Мы рассмотрели, из чего состоит сплав. Железо в его составе смешивается с углеродом, и подобная смесь является основной для изготовления большинства известных металлов.

Ржавчина


Ржавчина
Если железный предмет постоянно соприкасается с водой или влажным воздухом, его разъедает ржавчина. Ученые придумали, как выплавить нержавеющую сталь, чтобы она не портилась от времени и всегда блестела. Из нержавейки делают, к примеру, кастрюли и столовые приборы.

Интересный факт: Чтобы предметы из железа не ржавели, их покрывают лаком или особой красной краской — суриком, а чтобы чугунная ванна не ржавела, её покрывают эмалью, а изделия из стали (например кузов машины) другим металлом — цинком.

Золото тоже метал, как и железо. Но, в отличие от железа, оно не смешивается с минералами, а залегает в горах или в руслах рек маленькими кусочками. Такие кусочки чистого золота называют самородками.

Правда ли, что в центре звезд и планет невесомость? Фото и видео

Из каких сталей сделаны привычные вещи

Недавно разбирался на балконе, — а балкон у нас пока что, к сожалению, это просто большой «чулан», в котором стоит стул и сушилка для белья и куча всякого барахла, а не летняя терраса с плетеной мебелью, — дак вот, разбирался я на балконе и нашел пару испорченных свёрл по бетону. Сначала думал выкинуть, но потом решил использовать вторично… А буквально неделю до этого перед выходными рыскал в Интернете, что бы такого интересненького на выходных поделать — и натолкнулся на рекламу мастер-класса одного питерского кузнеца. Я, конечно, тогда заинтересовался, т.к. давно хотел попробовать себя в этой сфере, но как увидел цену за участие в мастер-классе, сразу же передумал.

Читайте так же:
9 советов от Ричарда Брэнсона: разбираем досконально

«Рыжая чума», или что мы знаем о ржавчине и коррозии

Пожалуй, каждый автомобилист согласится с тем, что именно ржавчина – одна из самых неприятных проблем, способных омрачить настроение любого автовладельца. Казалось бы, ещё вчера машина радовала взгляд безупречным глянцем лакокрасочного покрытия и вдруг – по кузову полезли «жуки», появились рыжие пятна. На первых порах ничего, кроме эстетического неудовольствия автовладельца, ржавчина под собой не подразумевает. Да и сквозные дыры в крыльях или дверях автомобиля, возникающие в запущенных случаях, неприятны, но, практически неопасны. А вот когда процесс глубоко поразил детали силового каркаса кузова или подвеску машины, последствия могут быть весьма печальными. «Страшилки» про сложившиеся при ДТП «домиком» кузова старых автомобилей – как раз из этой «оперы».

Да что там машины! Ржавчина является одной из главных причин аварий таких титанических железных конструкций, как мосты. Так, 28 июня 1983 года в США произошла катастрофа с мостом через реку Мианус (Mianus). В результате падения в воду с высоты 21 метра двух автомобилей и двух тракторных прицепов погибли 3 человека и ещё 3 были серьёзно травмированы.

Согласно заключению комиссии Национального совета по безопасности на транспорте, разрушение было вызвано механической поломкой наружного кронштейна, удерживающего пролёт моста, и его обоих штифтов («пальцев»). Ржавчина образовалась в подшипнике «пальца» кронштейна. Ее объем всегда превышает объем исходной металлической детали, что приводит к неравномерному сопряжению друг с другом деталей конструкции. В случае с данным мостом, масса ржавчины отодвинула внутренний кронштейн от конца штифта, скрепляющего между собой наружный и внутренний кронштейны. (При этом возникло усилие, превышающее допустимые проектом пределы для зажимов, удерживающих эти «пальцы»!) В результате вся масса пролета переместилась на внешний кронштейн. Такая непредвиденная нагрузка на него вызвала усталостную трещину в «пальце». Когда два тяжелых грузовика въехали в данную секцию моста, штифты окончательно разрушились, и пролет упал в реку…

И этот случай неединичный – 15 декабря 1967 года неожиданно рухнул в реку Огайо (Ohio) «Серебряный мост» («Silver Bridge»), соединяющий штат Западная Вирджиния (West Virginia) и штат Огайо. В момент крушения вместе с мостом в реку более чем со 100-метровой высоты упал 31 автомобиль. В результате катастрофы 46 человек погибли, и 9 получили серьёзные ранения. Кроме того, был разрушен основной путь для транспортного сообщения между Западной Вирджинией и Огайо. Обрушение произошло из-за дефекта, возникшего в проушине № 330 одного из звеньев стержневой подвески моста. Небольшая по глубине трещина образовалась из-за фреттинг-коррозии в подшипнике. В дальнейшем она увеличилась из-за внутренней коррозии, проблемы, известной инженерам, как коррозионное растрескивание под напряжением…

Вообще, процесс коррозии и образования ржавчины сопровождает нас с незапамятных времён. Одновременно с открытием железа и началом железного века человечество столкнулось и с возникновением ржавчины на создаваемых им орудиях труда и предметах быта.

Что такое ржавчина?

Что же такое ржавчина? В обычной жизни этим словом обозначают красные оксиды железа, образующимся в ходе его реакции с кислородом в присутствии воды или влажного воздуха. При наличии кислорода, воды и неограниченного времени любое количество железа, в конце концов, полностью разрушается, превратившись в ржавчину. Физически она представляет собой рыхлый порошок светло-коричневого цвета.

Процесс превращения железа в ржавчину называется коррозией – самопроизвольным разрушением металлов и их сплавов в результате химического, электрохимического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Разрушение металлов и сплавов по физическим причинам не является коррозией, а характеризуется терминами «истирание» и «износ».

С точки зрения химии коррозия металлов чаще представляет собой процесс их окисления и превращения в оксиды. Ржавление железа – также химическая коррозия. В виде упрощенных уравнений она может быть описана так:

4Fe + 3O2 + 2H2O = 2Fe2O3⋅H2O или 4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3

Т.о. ржавчина состоит из гидратированного оксида железа (III) Fe2O3⋅H2O, гидроксида железа (III) Fe(OH)3 и метагидроксида железа FeO(OH).

Интересно, что ржавчиной, как правило, называют продукты коррозии железа и его сплавов, (например, стали), хотя на самом деле целый ряд металлов также подвергается коррозии.

Однако, многие металлы (Cu, Ti, Zn, Cr, Al и др.) при коррозии покрываются плотной, хорошо скрепленной с ними оксидной пленкой (слой пассивации). Он не позволяет кислороду воздуха и воде проникнуть в более глубокие слои металла и потому предохраняет его от дальнейшего окисления (коррозии).

Взять, к примеру, алюминий – в химическом отношении это очень активный металл, хорошо реагирующий с водой с бурным выделением газа водорода:

2Al + 3H2O = Al2O3+ 3H2 ↑

Но, по причине той же высокой активности, чистый алюминий также хорошо реагирует и с кислородом воздуха. В результате этого взаимодействия поверхность металла покрывается прочной плотной плёнкой оксида Al2O3. Оксидная плёнка защищает алюминий от дальнейшего взаимодействия с водой и кислородом. Именно по этой причине нагреваемая в алюминиевой кастрюльке вода хоть и кипит, но не вступает в реакцию с металлом. (Потому такая посуда может служить длительное время.)

Как ни странно, химически чистое железо относительно устойчиво к воздействию чистой воды и сухого кислорода. Как и у алюминия, плотно скреплённое с поверхностью металла оксидное покрытие защищает основную массу железа от дальнейшего окисления.

Читайте так же:
Цитаты про кофе — излагаем развернуто

Однако, надо отметить, что химически чистое железо в своей деятельности человечество практически не применяет. На практике наша цивилизация использует сталь и чугун – сплавы железа с углеродом (и другими химическими элементами), содержащие не менее 45% железа.

В реальной жизни в воздухе наших городов содержатся оксиды серы, азота, углерода и ряд других; а в воде – растворённые газы и соли. Поэтому процесс коррозии металлов и его продукты зачастую выглядят не так просто, как в учебнике химии за 9 класс. Так, бронзовые статуи, корродируя, покрываются слоем хорошо знакомой нам зелёной патины, представляющей собой с точки зрения химии не гидроксид, а основной сульфат меди (II) (CuOH)2SO4.

В отличие от оксида алюминия и появляющейся на бронзовой (медной) поверхности патины, ржавчина, образующаяся на сплавах железа, не создаёт никакой защиты для нижележащего металла.

Усугубляет ситуацию с коррозией железа содержание неметаллических примесей в его сплавах. Например, наличие серы в сплаве лишь способствует развитию ржавчины. Обычно она присутствует, как сульфид FeS, но может быть и в виде других химических соединений. В процессе коррозии сульфид железа разлагается с выделением газа сероводорода (H2S), который сам по себе является хорошим катализатором дальнейшей коррозии железа:

FeS + 2HCl = H2S ↑+ FeCl2

Нас удивляет хорошая сохранность (а значит, устойчивость к коррозии) ряда железных предметов, дошедших из глубины веков до наших дней. Одна из причин этого – низкое содержание в них серы. В сплавы железа сера обычно попадает из каменноугольного кокса при выплавке железа из руды в доменной печи. А вот в древние времена для производства этого металла использовался не каменный, а, практически не содержащий серы, древесный уголь…

По выраженности поражения различают сплошную и местную коррозию металлов. Как ни странно, но сплошная коррозия не представляет большой опасности для металлических конструкций и агрегатов. Считается, что она предсказуема, а ее последствия могут быть относительно легко смоделированы. Поэтому при проектировании металлоконструкций, эксплуатирующихся в водной среде или под открытым небом, в соответствии с технически обоснованными нормами, учитываются и будущие потери металла на коррозию.

Усугубляющие факторы

А вот местная коррозия гораздо опаснее, несмотря на то, что потери металла из-за неё могут быть вполне небольшими. Один из самых опасных видов местной коррозии – точечная. Ведь снижая прочность на отдельных участках, она значительно уменьшает общую надёжность конструкций, сооружений и агрегатов. Суть её заключается в формировании сквозных поражений деталей – образовании в них точечных полостей, называемых питтингами.

Развитию местной коррозии очень способствуют морская вода и растворы солей, в частности хлориды (особенно хлорид натрия – NaCl). Во многих странах его используют для плавления снега и льда, разбрасывая зимой на дорогах и тротуарах. В присутствии NaCl лёд и снег превращаются в воду, с дальнейшим образованием соляных растворов.

При этом не учитывается, что соли (и особенно хлориды) являются активаторами коррозии! Отлично диссоциируя в воде и взаимодействуя с образующейся из-за выбросов предприятий серной кислотой, хлориды образуют соляную кислоту (HCl). А ведь она сама по себе является триггером коррозии! (Вспомним приведенную выше реакцию с входящим в состав стали сульфидом железа.) Какие ещё нужны доказательства, что зимняя соляная «каша» приводит к ускоренному разрушению металла деталей, узлов и агрегатов транспортных средств?

Экономические потери от коррозии металлов

Экономические потери от коррозии металлов огромны. Современная цивилизация тратит значительные материальные и финансовые ресурсы на борьбу с коррозией трубопроводов, мостов и морских конструкций, судов, деталей машин, а также различного технологического оборудования.

Как уже говорилось, из-за планирования возможной коррозии приходится завышать прочность таких важных и нагруженных узлов и агрегатов, как паровые котлы, реакторы, лопатки и роторы турбин, опоры морских буровых платформ. Это автоматически увеличивает расход металла на их изготовление, а, значит, приводит к дополнительным экономическим затратам.

За два века работы металлургической промышленности в мире было выплавлено огромное количество металла. При этом, потери на коррозию составляют около 30% от его годового мирового производства! Более того – около 10% подвергшегося коррозии металла безвозвратно теряется в виде ржавчины.

По оценкам ряда экспертов, ущерб от коррозии металлов бюджету промышленно развитых стран составляет от 2 до 4 % их валового национального продукта. Так, по данным Национальной ассоциации инженеров-коррозионистов (National Association of Corrosion Engineers – NACE) в США потери от коррозии и затраты на борьбу с ней составляют 3,1 % ВВП. Для Германии это обходится в 2,8 % от ВВП.

P.S. Казалось бы, проблемы коррозии автомобильных кузовов, узлов и агрегатов меркнут на фоне вопросов защиты от коррозии таких грандиозных железных сооружений, как мосты и Эйфелева башня. Но, это только на первый взгляд. А если учесть численность мирового автопарка? Так, по данным Международной ассоциации автопроизводителей (OICA), в 2015 году в мире эксплуатировалось 947 млн. легковых и 335 млн. коммерческих автомобилей. Ожидается, что к 2035 году мировой автопарк достигнет 2-миллиардной отметки.

При этом, коррозией в той или иной степени, рано или поздно поражается практически 100% транспортных средств. Кроме того, надо учесть, что кузов – самая дорогая деталь автомобиля, а кузовные работы (и слесарные, и малярные) достаточно материалоёмкие и очень недешёвые.

Поэтому, проблема изыскания новых и совершенствование старых способов защиты от коррозии актуальна, как для всей тяжёлой промышленности в целом, так и для автомобильной отрасли в частности.

Читайте так же:
Чем барон отличается от графа?

___________
KROWN — ЗА НАМИ НЕ ЗАРЖАВЕЕТ
Центр антикоррозийной защиты автомобилей

Железо, сталь, ржавчина: описание, фото и видео

Одним из наиболее распространённых металлов, находящихся в коре Земли, а также «металлом номер один» по своей значимости для человека, является железо. Его название происходит от латинского «феррум». После алюминия данный металл занимает на Земле второе место по распространённости, при этом, в ядре нашей планеты находится приблизительно 86 % всего железа.

В простой форме железо выглядит как твёрдый белый металл с серебристым отливом. Он является ковким, быстро подвергается ржавению при повышенной влажности и температурах, подвергается самовозгоранию в мелкодисперсном состоянии и на открытом воздухе.

На практике наиболее часто используются сплавы железа и углерода, в результате чего образуются такие распространённые материалы, как сталь и чугун, а также сталь с добавками других металлов. Кроме того, известно немалое количество руд и минералов, в составе которых находится железо. Наиболее распространёнными из них с практической точки зрения являются красный и магнитный железняк, лимонит, вивианит и др., а также сульфиды железа – пирит и пирротин. Россия находится на первом месте по мировым запасам железных руд.

История возникновения железа

Наиболее древние железные изделия на Земле относятся к четвёртому тысячелетию до нашей эры. Это и украшения, найденные в египетских гробницах, и кинжал, обнаруженный в древнешумерском городе Ура, и другие аналогичные находки. Первым выплавку железа освоили хатты. Другими известными мастерами производства изделий на основе этого природного материала считались халибы – именно они стали своего рода «прародителями» современной металлургии.

Первое письменное упоминание о железе содержится в архиве египетских фараонов и относится к периоду 1450-1400 гг. до н. э. В глубокой древности этот элемент оценивался дороже золота: так, согласно описаниям античного историка Страбона, в африканских племенах один фунт железа обменивали на десять фунтов золота. Также в это время железо использовали в качестве ювелирного металла.

«Хорошее железо» в давние времена требовало немалых трудов, и только со временем люди научились конструировать более эффективные печи для его производства (домны, домницы), усовершенствовали технологию получения качественной стали. Сутью новой технологии стало двухстадийное производство железа в результате повторной переплавки чугуна, ранее считавшегося вредным побочным продуктом.

Ржавчина


Ржавчина
Если железный предмет постоянно соприкасается с водой или влажным воздухом, его разъедает ржавчина. Ученые придумали, как выплавить нержавеющую сталь, чтобы она не портилась от времени и всегда блестела. Из нержавейки делают, к примеру, кастрюли и столовые приборы.

Интересный факт: Чтобы предметы из железа не ржавели, их покрывают лаком или особой красной краской — суриком, а чтобы чугунная ванна не ржавела, её покрывают эмалью, а изделия из стали (например кузов машины) другим металлом — цинком.

Золото тоже метал, как и железо. Но, в отличие от железа, оно не смешивается с минералами, а залегает в горах или в руслах рек маленькими кусочками. Такие кусочки чистого золота называют самородками.

Интересно: Почему при таянии айсбергов повышается уровень воды, а при таянии льда в стакане с жидкостью — нет?

Значение железа в организме человека

Железо в объёме 3-4 грамма входит в состав организма человека. Из них примерно 3,5 мг содержится в плазме крови: около 68 % всего железа в организме составляет гемоглобин. Среднесуточная потребность в железе составляет у детей 4-18 мг, женщин – 18 мг, мужчин – 10 мг.

Основной путь попадания железа в организм – это потребление железосодержащей пищи. Более всего железом богаты мясо и печень, а также, в некоторой степени, бобовые, зелень, кунжут и т. д. Усвоению железа, в свою очередь, препятствуют яйца, а также танины, кофеин и другие антипитательные вещества. Сбалансированная диета, как правило, полностью покрывает потребность организма в железе. В случае же дефицита этого элемента в организме производится меньшее количество эритроцитов, снижается иммунитет. Железодефицит по статистике является наиболее распространённым нарушением питания: на Земле ему подвержены более 2 миллиардов человек, особенно живущие в странах, для которых характерен дефицит мясных продуктов. Таким образом, некоторым группам людей – например, вегетарианцам – требуется принимать аптечные препараты железа, несмотря на то, что их приспособленный к отсутствию животной пищи организм более эффективно удерживает содержание в нём железа. В свою очередь, избыточное содержание железа в организме может спровоцировать болезни печени и крови, а также вызвать развитие атеросклероза.

Получение

До сер. 14 в. Ж. по­лу­ча­ли сы­ро­дут­ным спо­со­бом. Же­лез­ную ру­ду вос­ста­нав­ли­ва­ли дре­вес­ным уг­лём в гор­не (сы­ро­дут­ный про­цесс); в ре­зуль­та­те по­лу­ча­ли кри­цу (глы­бу Ж.), из ко­то­рой уда­ля­ли шлак и по­луча­ли ме­талл – сы­рьё для вы­ко­вы­ва­ния разл. из­де­лий. При бо­лее ин­тен­сив­ном ду­тье темп-ра в гор­не по­вы­ша­лась, часть Ж. на­уг­ле­ро­жи­ва­лась и пре­вра­ща­лась в чу­гун, ко­то­рый из-за хруп­ко­сти не на­хо­дил при­ме­не­ния и счи­тал­ся от­хо­дом про­из-ва. С 14 в. чу­гун ста­ли ис­поль­зо­вать для от­лив­ки разл. из­де­лий, горн был ре­кон­ст­руи­ро­ван в шахт­ную печь («дом­ни­цу»), а за­тем в до­менную печь. В 18 в. в Ев­ро­пе для пе­ре­дела чу­гу­на в Ж. ста­ли ис­поль­зо­вать вы­со­ко­ог­не­упор­ные тиг­ли (ти­гель­ный про­цесс), пуд­лин­го­вый про­цесс в пла­мен­ной от­ра­жа­тель­ной пе­чи (см. Пуд­лин­го­ва­ние). В сер. 19 в. бы­ли раз­ра­бо­та­ны бес­се­ме­ров­ский про­цесс, то­ма­сов­ский про­цесс и мар­те­нов­ский про­цесс пром. про­из-ва ста­ли; позд­нее – элек­тро­ста­ле­пла­виль­ный и ки­сло­род­но-кон­вер­тер­ный про­цес­сы.

Совр. тех­но­ло­гии по­лу­че­ния Ж. из руд вклю­ча­ют дроб­ле­ние, обо­га­ще­ние руд до 64–68%-но­го со­дер­жа­ния Ж., по­лу­че­ние кон­цен­тра­та (74–83% $ce$), пи­ро­ме­тал­лур­гич. вос­ста­нов­ле­ние кок­сом в до­мен­ной пе­чи (до­мен­ный про­цесс), вы­плав­ку ста­ли из чу­гу­на в мар­те­нов­ской пе­чи, ки­сло­род­ном кон­вер­те­ре, элек­тро­пе­чи. Тех­нич. Ж. (т. н. арм­ко-же­ле­зо) вы­плав­ля­ют из чу­гу­на в ста­ле­пла­виль­ных пе­чах или ки­сло­род­ных кон­вер­те­рах. Чис­тое Ж. по­лу­ча­ют вос­ста­нов­ле­ни­ем ок­си­дов (при темп-ре 750–1200 °С по­лу­ча­ют т. н. губ­ча­тое Ж.), элек­тро­ли­зом вод­ных рас­тво­ров или рас­пла­вов со­лей Ж., раз­ло­же­ни­ем пен­та­кар­бо­нил­же­ле­за $ce$ (т. н. кар­бо­ниль­ное Ж.). Для по­лу­че­ния вы­со­ко­чис­то­го Ж. ис­поль­зу­ют зон­ную плав­ку и др. ме­то­ды.

Читайте так же:
9 мудрых советов Марка Твена о том, как себя вести, если жизнь вас пинает — разбираем все нюансы

Фотометр для определения концентрации железа в жидкой среде

Как уже было сказано, низкое, равно как и повышенное содержание железа в организме, может привести к ухудшению здоровья. При этом, распространённым путём получения лишнего железа может стать вода, перенасыщенная этим элементом. Кроме того, вода с избытком железа вредит окружающей среде, способствует увеличению износа оборудования, нарушает технологию производства пищевых продуктов и т. д. Для контроля содержания железа в жидкой среде предназначен специальный фотометр общего железа. Метод измерений, используемый в работе фотометра, основан на свойстве светового луча, исходящего от светодиода, определённым образом отражаться от раствора-образца, предварительно смешанного с химическим реагентом, в результате которого раствор приобретает оранжевую окраску. Характер отражения зависит от того, сколько железа содержится в образце. Результаты измерений практически мгновенно отображаются на дисплее прибора. Типовой фотометр представляет собой портативный прибор, помещающийся в карман и работающий от мобильных элементов питания, рассчитанных на длительный автономный срок работы.

Для воды природных водоёмов верхним пределом содержания железа считается 0,5 мг/л, в то время как в питьевой воде предельной границей его безопасной концентрации является значение 0,2 мг/л. Наряду с использованием фотометра, увеличение содержания железа в воде можно также отследить по её органолептическим показателям – вяжущему вкусу, мутной консистенции, железистому окрасу.

Химические свойства железа

  • реагирует с кислородом, в зависимости от температуры и концентрации кислорода могут образовываться различные продукты или смесь продуктов окисления железа (FeO, Fe2O3, Fe3O4): 3Fe + 2O2 = Fe3O4;
  • окисление железа при низких температурах: 4Fe + 3O2 = 2Fe2O3;
  • реагирует с водяным паром: 3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2;
  • мелко раздробленное железо реагирует при нагревании с серой и хлором (сульфид и хлорид железа): Fe + S = FeS; 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3;
  • при высоких температурах реагирует с кремнием, углеродом, фосфором: 3Fe + C = Fe3C;
  • с другими металлами и с неметаллами железо может образовывать сплавы;
  • железо вытесняет менее активные металлы из их солей: Fe + CuCl2 = FeCl2 + Cu;
  • с разбавленными кислотами железо выступает в роли восстановителя, образуя соли: Fe + 2HCl = FeCl2 + H2;
  • с разбавленной азотной кислотой железо образует различные продукты восстановления кислоты, в зависимости от ее концентрации (N2, N2O, NO2).

Современные процессы прямого получения железа

Методы получения железа

Прямой метод добычи железа из сырья (руды) использовали давно, еще до современных доменных печей. В настоящее время этот метод возрождается, но теперь уже с применением современных способов и новых устройств. Есть несколько вариантов получения железа прямым способом. Они отличаются по температурному режиму, применяемому для их получения, а также по состоянию конечного продукта.

Методы получения железа прямым способом

• Производство губчатого железа Проходит при пониженных температурных параметрах, в результате чего восстанавливаются окислы железа. Процесс плавки рудных пород отсутствует и в результате получается твердый продукт. Для выпуска губчатого железа используют туннельные, шахтные и трубчатые печи. В современном мире внедряются новейшие способы с применением специальных реакторов.

• Производство крицы Температурный режим в этом процессе выше, применяется плавление рудных пород. В результате металлические частицы свариваются и образуют крицу, которая имеет тестообразную консистенцию. Чтобы изготовить кричное железо сейчас применяются вращающиеся печи.

• Производство жидкой стали Жидкая сталь получается при значительно высоких температурных параметрах. При такой методике получается шлак и металл в жидком виде.

Преимущества получения железа прямым способом

• Имеется возможность не расходовать металлургический кокс, а заменить его другими разновидностями топлива.

• Возможность получать металл в чистом виде, полностью освобожденный от примесей, в т.ч. фосфора, серы.

• В концентратах высокое содержание железа (до 72 %).

• Возможность применять руду, содержащую ценные компоненты (хром, ванадий, никель).

• Эффективно для производства губчатого железа. Оно применяется в процессах выплавки стали, а также для изготовления железного порошка.

Виды используемого сырья

• Чтобы получить губчатое железо, в основном, применяют обогащенную породу, в которой отсутствуют посторонние примеси, окатыши и агломерат. А также применяются восстановители, содержащие небольшое количество серы, потому что пустая порода не изменяется и может оставаться в губчатом железе. Следовательно, сера, содержащаяся в восстановителе, перейдет в железо.

• Для изготовления кричного железа можно использовать более бедную руду и низкосортное топливо. Это возможно из-за того, что пустая руда перейдет в шлак, который впоследствии удаляется из металла.

• Чтобы получить жидкую сталь применяют обогащенное пылевидное сырье, окатыши, брикеты, которые получены из разных видов угля.

Сферы применения

Конечные продукты, имеющие различные степени чистоты находят свое применение в разных сферах производства, а именно:

• Губчатое железо необходимо при изготовлении железного порошка, а также оно может заменить железный лом при плавке стали высокого качества в мартенах и электрических печах.

• Кричное железо, так как является более загрязненным сырьем, содержащим посторонние примеси, используется в качестве железного лома в мартеновских, доменных, электродуговых печах и конвертерах.

Все вышеперечисленные способы получения железа прямым методом из породы имеют главный недостаток: низкий коэффициент полезного действия установок. Это существенно сужает область их использования.

Читайте так же:
20 цитат Алексея Толстого о нас

В последние годы во многих странах растет интерес к способам прямого получения железа. Проводятся работы по улучшению имеющихся методов получения железа прямым способом. А также, разрабатываются более совершенные, более эффективные способы производства стали из руды, без использования доменных печей. Есть вероятность, что в перспективе производства железа и стали будут основаны на использовании электрической и атомной энергии, высокотемпературной плазмы.

Как быстро ржавеет сталь и что с этим делать?

Одной из наиболее насущных проблем во многих странах является борьба с коррозией. На большинстве металлов вследствие различных реакций происходит корродирование. Нередко можно увидеть и на изделиях из нержавеющей стали следы ржавчины. Стоит разобраться, отчего это происходит, можно ли предотвратить появление коррозии, и как быстро убрать появившиеся пятна.

На какой стали появляется коррозия и почему?

Резкие перепады температур способствуют образованию трещин на поверхностях. Жидкость, попадая в эти трещины, приводит к разрушению металла. Изделия же из нержавеющей стали даже при повреждении верхнего слоя способны сохранять антикоррозийные свойства. Благодаря этому материал нашел широкое применение в разных отраслях, на предприятиях, в быту.

К преимуществам этого материала стоит отнести:

  • долгий срок службы изделий из нержавейки;
  • высокую сопротивляемость коррозии;
  • экологичность;
  • безопасность в использовании;
  • прекрасные эстетические характеристики.

Хотя материал отличается массой преимуществ, у нержавейки есть и недостатки. В некоторых случаях на поверхности таких изделий может появляться ржавчина. Одной из причин является наличие недостаточно прочной защитной пленки, которую можно повредить, используя кислоты, йод, хлор или фтор. Страшными врагами нержавеющей стали остаются чистящие и моющие средства с хлором, а также морская и даже дождевая вода.

Кроме того, изделия из нержавейки начинают ржаветь из-за недостаточного количества хрома. Это может произойти при контакте с углеродистой сталью.

Ускорить процесс может и соприкосновение с обычным черным металлом или стружкой, транспортировка без соблюдения правил, либо сварка.

По международной классификации AISI, указывающей на состав в сплаве отдельных элементов, изделия, имеющие более высокую долю никеля, отличаются лучшими антикоррозионными качествами.

Чаще всего в производстве используется следующие разновидности стали.

  • AISI 304. В состав этой марки входит 18% хрома и 8% никеля. Благодаря такому составу на поверхности образуется тонкая пленка, устойчивая к негативным воздействиям. Рекомендуется использовать этот вариант для оформления бассейнов, ограждений на улице в виде перил.
  • AISI 201. К более дешевым аналогам можно отнести марку AISI 201. Изделия из такого материала не стоит использовать в помещениях, имеющих повышенную влажность, к примеру, бассейны, ванные. Выбрав же этот вариант в качестве ограждений на улице, спустя некоторое время можно увидеть следы ржавчины, что говорит о начале коррозионного процесса. Особенно явно эти следы будут видны в месте сварки, на стыках.
  • AISI 430. Что касается этой марки, то ее лучше не использовать в качестве ограждений, так как в составе ее совершенно нет никеля. Даже в помещении через некоторое время такие изделия могут начать ржаветь.

Хромированная сталь может ржаветь при несоответствии марки материала. Углеродная сталь в ряде случаев может влиять на коррозионную стойкость.

При выборе изделий из нержавеющей стали важно убедиться в качестве, используя пригодные марки для разных целей.

Как предотвратить появление ржавчины?

За любыми изделиями из нержавеющей стали, в том числе и за ограждениями и перилами, требуется уход. Учитывая, что оксидная пленка защищает поверхность от ржавчины, необходимо регулярно заботиться о покрытии и использовать для чистки его специальные средства. Основной целью является защита поверхности от царапин, трещин, которые возможны при использовании жестких грубых щеток при чистке поверхностей. Ухаживая за изделиями из нержавейки, нельзя использовать средства с абразивными компонентами, с песком, содой, кислотой, хлором.

Чтобы предотвратить образование ржавчины, и защитить поверхность, используют специальные средства, способствующие защите и восстановлению слоя.

Перед нанесением антикоррозийного слоя необходимо предварительно убрать следы ржавчины, а затем восстанавливать пленку.

На первом этапе производится очистка поверхности. Сделать ее можно механическим путем, используя абразивные материалы, что не всегда эффективно и уместно.

Учитывая, что пасты травильные могут оказывать негативное воздействие на самочувствие, в качестве альтернативы лучше использовать электронно-химическую пассивацию. Благодаря пассивации металла происходит образование слоя, препятствующего коррозии. Обработать поверхность лучше специальными средствами. Для мытья следует пользоваться мягкой ветошью, чистой водой или средством для нержавейки.

Как быстро убрать ржавые пятна?

Существует немало способов, помогающих удалить следы ржавчины с изделий из нержавеющей стали.

Обычно для этих целей применяют преобразователь WD-40. Использование его позволяет не только очистить поверхность от окиси и ржавчины, но и создать пленку, предотвращающую появление коррозии.

Чтобы убрать ржавчину, используя средство WD-40, нужно сделать следующие действия.

  • Обезжирить поверхность.
  • Нанести WD-40, используя баллончик.
  • После этого необходимо оставить средство на металле на 10-20 минут. За это время ржавчина превратится в ортофосфат. Это будет видно по изменению цвета, он станет серым.
  • Осталось убрать остатки загрязнений, используя чистую ветошь.

Простым и действенным способом является очищение от ржавчины с помощью уксуса. Этот вариант больше подходит для чистки небольших изделий.

Ход работы.

  • Необходимо налить уксус в емкость. Размер ее должен соответствовать размеру изделия, нуждающегося в обработке.
  • Погрузить изделие в тару.
  • Оставить в емкости с уксусом.
  • Достать изделие, используя резиновые перчатки, затем почистить его.
  • Ополоснуть металл, просушить.

А также для этих целей могут использоваться и иные компоненты вроде соды, лимонной кислоты, алюминиевой фольги.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию