Omadused
- Atomic Symbol: Fe
- Aatominumber: 26
- Element Kategooria: Transition Metal
- Tihedus: 7,874 g / cm 3
- Sulamistemperatuur: 2800 ° F (1538 ° C)
- Keemispunkt: 5182 ° F (2862 ° C)
- Mohi kõvadus: 4
Omadused
Puht raua on hõbedane metall, mis soosib hästi elektrit.
Raud on liiga reaktiivne, et eksisteerida üksi, nii et see tekib looduslikult maakoores rauamaakide, nagu hematiit, magnetiit ja sideriit.
Üks raua tunnusjoontest on see, et see on tugevalt magnetiline . Tugevast magnetväljast tingituna võib ükskõik millist rauast magnetiseerida. Teadlased usuvad, et maakera tuum koosneb umbes 90% rauda. Selle rauaga tekitatav magnetilise jõu tekitab magnetilised põhja- ja lõunapoolsed postid.
Ajalugu
Alguses oli rauast avastatud ja kaevandatud, kuna puidu põletamine rauda sisaldavate maakide peal. Puidu sees olev süsinik oleks reageerinud maakumis hapnikuga, jättes pehme, tempermalmina rauava metalli. Rauasulatus ja raua kasutamine tööriistade ja relvade valmistamiseks algas Mesopotaamias (tänapäevane Iraak) ajavahemikus 2700 ja 3000 eKr. Järgmise 2000 aasta jooksul on rauasulavastumise teadmiste levik Euroopas ja Aafrikas ajalooliselt tuntud aja järgi ida suunas.
19. sajandi keskpaigast avastati alates 17. sajandist kuni terase tootmiseks tõhusa meetodi abil laevade, sildade ja ehitiste ehitamiseks konstruktsioonimaterjalina. 1889. aastal ehitatud Eiffeli torn tehti üle 7 miljoni kilogrammi sepistatud rauaga.
Rooste
Raud kõige häirivam omadus on selle tendents moodustada rooste.
Rooste (või raudoksiid) on pruun, purustatud ühend, mis tekib raua hapniku suhtes. Hapnik gaas, mis sisaldub vees, kiirendab korrosiooni . Rooste kiirus - kui kiiresti rauas muutub raudoksiidiks - määratakse raua vee ja pinnaala hapnikusisaldus. Soolavett sisaldab rohkem hapnikku kui värsket vett, mistõttu soolase rooste rauda kiiremini kui värsket vett.
Roost saab ära hoida, kattes rauda teiste metallidega, mis on keemiliselt hapniku jaoks atraktiivsemad, nagu tsink ( tsingi raua katmisprotsessi nimetatakse " galvaniseerimiseks "). Kõige tõhusam meetod korrosioonivastaseks kaitseks on terase kasutamine.
Teras
Teras on raua ja mitmesuguste muude metallide sulam , mida kasutatakse raua omaduste (tugevus, korrosioonikindlus, soojus tolerantsus jne) suurendamiseks. Raua abil legeeritud osade tüübi ja koguse muutmine võib toota erinevat tüüpi terasest.
Kõige tavalisemad terased on:
- Süsinikterased, mis sisaldavad 0,5-1,5% süsinikku. Need on kõige levinumad terased ja neid kasutatakse autokerede, laevakerede, noadade, masinate ja igasuguste struktuuritoetuste jaoks.
- Madal legeerimata teras, mis sisaldab 1-5% muid metalle (sageli niklit või volframi ). Nikkel teras suudab taluda kõrgeid pingeid ja seda kasutatakse sageli sildade ehitamisel ja jalgrattakettide valmistamisel. Volframi teras säilitab oma kuju ja tugevuse kõrgtemperatuurilises keskkonnas ja seda kasutatakse löökide, pöörlemisrakenduste, näiteks puuriterade korral.
- Kõrge legeerterasest, mis sisaldavad 12-18% muudest metallidest, kasutatakse nende erikulude tõttu nende kõrge hinna tõttu. Üks kõrge legeerterase näide on roostevaba teras, mis sisaldab sageli kroomi ja niklit, kuid mida saab ka mitmesuguste muude metallidega legeerida. Roostevaba teras on väga tugev ja korrosioonile väga vastupidav.
Tootmine
Enamik rauda toodetakse maa pinnal asuvatest maagidest. Kaasaegsed ekstraktsioonitehnikad kasutavad kõrgahju, mida iseloomustavad nende kõrged korstnad (korstnatega sarnased struktuurid). Raud valatakse korstnadesse koos koksi (süsinikurikas kivisüsi) ja lubjakivi (kaltsiumkarbonaat). Tänapäeval läbib rauamaak enne virnast sisenemist tavaliselt paagutamise protsessi. See protsess moodustab 10-25 mm paagid, mis segatakse seejärel koksi ja lubjakiviga.
Seejärel valatakse paagutatud maak, koks ja lubjakivi virnasse, kus see põleb temperatuuril 1800 ° C. Koks põletab kuumuseallikana ja koos hapnikuga, mis lastakse ahju, aitab moodustada redutseeriva gaasi süsinikmonooksiidi. Lubjakivi segab rauda lisandeid, moodustades räbu. Räbu on kergem kui sulatatud rauamaak, seega tõuseb see pinnale ja seda saab kergesti eemaldada. Kuum rauast valatakse seejärel valuvormidesse malmi valmistamiseks või otse terase tootmiseks ettevalmistamiseks.
Malm sisaldab endiselt 3,5-4,5% süsinikku koos teiste lisanditega ning on habras ja raskesti töödeldav. Malmi tootmiseks kasutatakse mitmesuguseid protsessi, et vähendada malmi fosfori ja väävli lisandeid. Sepistatud rauas, mis sisaldab vähem kui 0,25% süsinikku, on karm, kiiduv ja kergesti keevitatud, kuid see on palju vähem vaevatu ja kulukas toota kui madala süsinikterasest.
2010. aastal oli rauamaagi tootmine ligikaudu 2,4 miljardit tonni. Hiina suurim tootja moodustas umbes 37,5% kogu toodangust, samas kui teised suuremad tootvad riigid olid Austraalia, Brasiilia, India ja Venemaa.
Taotlused
Raud oli üks peamine struktuurimaterjal, kuid see on enamuses rakendustes pikka aega asendatud terasega. Sellest hoolimata kasutatakse rauast torusid ja autososade, näiteks silindripeade, silindriplokkide ja käigukastidena. Sepistatud raudu kasutatakse endiselt koduste sisekujunduste jaoks, nagu veinikeldrid, küünlajalad ja kardinapuud.
Viited
Street, Arthur. & Alexander, WO 1944. Meeste teenistuses olevad metallid . 11. väljaanne (1998).
Rahvusvaheline malmi liit.
Allikas: www.pigiron.org.uk
USGS Mineraaltoote kokkuvõtted: Raud ja teras (2011).
Allikas: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/iron_&_steel