Андрей Смирнов
Время чтения: ~9 мин.
Просмотров: 0

Железо (fe)

Обогащения железных руд

Как было указано, существует несколько типов руд. Богатые можно перерабатывать непосредственно после извлечения из земной коры, другие необходимо обогатить. Кроме процесса обогащения, переработка руды включает в себя несколько этапов, таких как сортировка, дробление, сепарация и агломерация.

На сегодняшний день существует несколько основных способов обогащения:

Применяется для очистки руд от побочных примесей в виде глины или песка, вымывание которых проводят с помощью струй воды под высоким давлением. Такая операция позволяет увеличить количество содержимого железа в бедной руде примерно на 5%. Поэтому его используют только в комплексе с другими типами обогащения.

Выполняется с помощью специальных типов суспензий, плотность которых превышает плотность пустой породы, но уступает плотности железа. Под воздействием гравитационных сил побочные компоненты поднимаются на верх, а железо опускается на низ суспензии.

Наиболее распространенный способ обогащения, который основывается на различном уровне восприятия компонентами руды воздействия магнитных сил. Такую сепарацию могут проводить с сухой породой, мокрой, или в поочередном сочетании двух ее состояний.

Для переработки сухой и мокрой смеси используют специальные барабаны с электромагнитами.

Для этого метода раздробленную руду в виде пыли опускают в воду с добавлением специального вещества (флотационный реагент) и воздуха. Под действием реагента железо присоединяется к воздушным пузырькам и поднимается на поверхность воды, а пустая порода опускается на дно. Компоненты, содержащие железо, собираются с поверхности в виде пены.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

СТРУКТУРА

Две модификации кристаллической решетки железа

Для железа установлено несколько полиморфных модификаций, из которых высокотемпературная модификация — γ-Fe(выше 906°) образует решетку гранецентрированного куба типа Сu (а = 3,63), а низкотемпературная — α-Fe-решетку центрированного куба типа α-Fe (a = 2,86).
В зависимости от температуры нагрева железо может находиться в трех модификациях, характеризующихся различным строением кристаллической решетки:

  1. В интервале температур от самых низких до 910°С —а-феррит (альфа-феррит), имеющий строение кристаллической решетки в виде центрированного куба;
  2. В интервале температур от 910 до 1390°С — аустенит, кристаллическая решетка которого имеет строение гранецентрированного куба;
  3. В интервале температур от 1390 до 1535°С (температура плавления) — д-феррит (дельта-феррит). Кристаллическая решетка д-феррита такая же, как и а-феррита. Различие между ними только в иных (для д-феррита больших) расстояниях между атомами.

При охлаждении жидкого железа первичные кристаллы (центры кристаллизации) возникают одновременно во многих точках охлаждаемого объема. При последующем охлаждении вокруг каждого центра надстраиваются новые кристаллические ячейки, пока не будет исчерпан весь запас жидкого металла.
В результате получается зернистое строение металла. Каждое зерно имеет кристаллическую решетку с определенным направлением его осей.
При последующем охлаждении твердого железа при переходах д-феррита в аустенит и аустенита в а-феррит могут возникать новые центры кристаллизации с соответствующим изменением величины зерна

Никель

Чистый никель используется в качестве защитного антикоррозионного покрытия поверхностей от воздействия химически активных веществ.

Кроме этого, из него изготавливаются различные котлы, цистерны и тигли, обладающие высокой коррозионной стойкостью, и применяемые в химической, текстильной, пищевой промышленности. Широко используется никель при производстве различного вида аккумуляторов и электродов для топливных элементов.

В некоторых областях используется порошкообразный никель в качестве катализатора химических процессов. К примеру, он применяется в реакциях гидрогенизации спиртов, циклических альдегидов ароматических и непредельных углеводородов.

Получение[править | править код]

Натуральная генерацияправить | править код

Эта руда встречается в нижней половине мира, на высоте от 1 до 64 блоков. Железная руда чаще всего встречается под землёй или в пещерах, хотя изредка может быть обнаружена и на поверхности. На высотах 2-61 концентрация этой руды составляет около 0,72 %. В среднем, каждый чанк содержит 75 блоков железной руды.

Разрушениеправить | править код

Чтобы извлечь руду, надо добывать её каменной, железной, золотой, алмазной или незеритовой киркой.

БлокЖелезная руда
Прочность3
Инструмент
Время разрушения
Рука15
Деревянная7.5
Каменная1.15
Железная0.75
Алмазная0.6
Незеритовая0.5
Золотая1.25
  1. Время для незачарованных инструментов в секундах.

Получение цветных металлов

Добыча и получение цветных металлов имеют огромное народнохозяйственное значение. Ведь в ряде случаев цветные металлы просто незаменимы. Алюминий — «король воздуха» — основной материал в самолетостроении. Его главный помощник в сверхзвуковой авиации — титан. Титановые сплавы несколько тяжелее алюминиевых, но зато прочнее их и выдерживают вдвое более высокую рабочую температуру. Чистый титан отлично работает в растворах солей и кислот. Из него поэтому делают насосы, трубы, краны для гидрометаллургических цехов.

Как и черные металлы, цветные получают из рудного концентрата: предварительно обогащенной руды. Но здесь процесс обогащения сложнее, поскольку в рудах всегда присутствуют и «посторонние» элементы, от которых необходимо избавляться. В первую очередь это сера, железо и кислород.

Сначала из руды путем «обмена» удаляют серу: место серы временно должен занять другой элемент. Обычно «заменителем» оказывается кислород. Делают это при обжиге руды: при высокой температуре металлы «соглашаются» расстаться с серой и принять на ее место кислород. Теперь перед металлургами новое соединение — оксид: соединение металла с кислородом. Иногда серу вытесняют не кислородом, а хлором. Тогда концентрат не обжигают, а хлорируют. Затем необходимо освободить металл от кислорода или хлора. С этим процессом — восстановлением металла — вы можете познакомиться в статье Доменная печь. При высоких температурах в расплав вводят углерод, водород или кремний. Кислород покидает металл и соединяется с этими элементами. Также и для хлора подбирают элементы, которые он «любит»: например, титан или цирконий освобождают от хлора с помощью магния.

Причины железодефицитной анемии

Причиной дефицита железа в организме может быть:

  • недостаточное поступление железа с пищей;
  • повышение потребности организма в железе;
  • врожденный недостаток железа в организме;
  • нарушение всасывания железа;
  • нарушение синтеза трансферрина;
  • повышенная кровопотеря;
  • алкоголизм;
  • применение лекарственных препаратов.

Недостаточное поступление железа с пищей

Основными причинами недостаточного поступления железа в организм являются:

  • длительное голодание;
  • вегетарианство;
  • однообразная диета с малым содержанием животных продуктов.

при условии, что мать не страдает железодефицитным состоянием

Повышенные потребности организма в железе

ввиду отсутствия менструальных кровотечений  Причины повышенной потребности в железе у беременных женщин

Причина Примерное количество расходуемого железа
Увеличение объема циркулирующей крови и количества эритроцитов 500 мг
Железо, передаваемое плоду 300 мг
Железо, входящее в состав плаценты 200 мг
Кровопотеря во время родов и в послеродовом периоде 50 – 150 мг
Железо, теряемое с грудным молоком за весь период кормления 400 – 500 мг

грудного вскармливания

Врожденный недостаток железа в организме

Причиной врожденного дефицита железа в организме может быть:

  • тяжелая железодефицитная анемия у матери;
  • многоплодная беременность;
  • недоношенность.

Нарушение всасывания железа

кишечникаК уменьшению всасывания железа в двенадцатиперстной кишке может привести:

  • Энтерит – воспаление слизистой оболочки тонкого кишечника.
  • Целиакия – наследственное заболевание, характеризующееся непереносимостью белка глютена и связанным с этим нарушением всасывания в тонком кишечнике.
  • Helicobacter Pylori – инфекционный агент, поражающий слизистую оболочку желудка, что, в конечном итоге, приводит к уменьшению секреции соляной кислоты и нарушению всасывания железа.
  • Атрофический гастрит – заболевание, связанное с атрофией (уменьшением размеров и функции) слизистой оболочки желудка.
  • Аутоиммунный гастрит – заболевание, вызванное нарушением работы иммунной системы и выработкой антител к собственным клеткам слизистой оболочки желудка с последующим их разрушением.
  • Удаление желудка и/или тонкой кишки – при этом уменьшается как количество образуемой соляной кислоты, так и функциональная площадь двенадцатиперстной кишки, где происходит всасывание железа.
  • Болезнь Крона – аутоиммунное заболевание, проявляющееся воспалительным поражением слизистой оболочки всех отделов кишечника и, возможно, желудка.
  • Муковисцидоз – наследственное заболевание, проявляющееся нарушением секреции всех желез организма, в том числе слизистой оболочки желудка.
  • Рак желудка или двенадцатиперстной кишки.

Повышенная кровопотеря

Причиной хронической кровопотери может быть:

  • язва желудка или двенадцатиперстной кишки;
  • геморрой;
  • неспецифический язвенный колит (воспаление слизистой толстого кишечника);
  • болезнь Крона;
  • полипоз кишечника;
  • распадающиеся опухоли желудочно-кишечного тракта (и другой локализации);
  • грыжа пищеводного отверстия диафрагмы;
  • эндометриоз (разрастание клеток внутреннего слоя стенки матки);
  • системная красная волчанка;
  • системный васкулит (воспаление кровеносных сосудов различной локализации);
  • сдача крови донорами более 4 раз в год (300 мл донорской крови содержат около 150 мг железа).

Применение лекарственных препаратов

Препаратами, которые могут вызвать дефицит железа в организме, являются:

  • Нестероидные противовоспалительные средства (аспирин и другие). Механизм действия данных препаратов связан с улучшением текучести крови, что может привести к появлению хронических внутренних кровотечений. Кроме того, они способствуют развитию язвы желудка.
  • Антациды (Ренни, Алмагель). Данная группа препаратов нейтрализует или уменьшает скорость выделения желудочного сока, содержащего соляную кислоту, необходимую для нормального всасывания железа.
  • Железосвязывающие препараты (Десферал, Эксиджад). Данные препараты обладают способностью связывать и выводить из организма железо, причем как свободное, так и входящее в состав трансферрина и ферритина. В случае передозировки возможно развитие железодефицитного состояния.

Взаимодействие кислот с металлами

С кислотами металлы реагируют по-разному. Металлы, стоящие в электрохимическом ряду активности металлов (ЭРАМ) до водорода, взаимодействуют практически со всеми кислотами.

Происходит реакция замещения, которая также является окислительно-восстановительной:

Mg+2HCl=MgCl2+H2↑{\displaystyle {\mathsf {Mg+2HCl=MgCl_{2}+H_{2}\uparrow }}}
2Al+2H3PO4=2AlPO4+3H2↑{\displaystyle {\mathsf {2Al+2H_{3}PO_{4}=2AlPO_{4}+3H_{2}\uparrow }}}

Взаимодействие концентрированной серной кислоты H2SO4 с металлами

Окисляющие кислоты могут взаимодействовать и с металлами, стоящими в ЭРАМ после водорода:

Cu+2H2SO4=CuSO4+SO2↑+2H2O{\displaystyle {\mathsf {Cu+2H_{2}SO_{4}=CuSO_{4}+SO_{2}\uparrow +2H_{2}O}}}

Сильно разбавленная кислота реагирует с металлом по классической схеме:

Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑{\displaystyle {\mathsf {Mg+H_{2}SO_{4}=MgSO_{4}+H_{2}\uparrow }}}

При увеличении концентрации кислоты образуются различные продукты:

Mg+2H2SO4=MgSO4+SO2↑+2H2O{\displaystyle {\mathsf {Mg+2H_{2}SO_{4}=MgSO_{4}+SO_{2}\uparrow +2H_{2}O}}}
3Mg+4H2SO4=3MgSO4+S↓+4H2O{\displaystyle {\mathsf {3Mg+4H_{2}SO_{4}=3MgSO_{4}+S\downarrow +4H_{2}O}}}
4Mg+5H2SO4=4MgSO4+H2S↑+4H2O{\displaystyle {\mathsf {4Mg+5H_{2}SO_{4}=4MgSO_{4}+H_{2}S\uparrow +4H_{2}O}}}

Реакции для азотной кислоты (HNO3)

Продукты взаимодействия железа с HNO3 разной концентрации

Cu+4HNO3(60%)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O{\displaystyle {\mathsf {Cu+4HNO_{3}(60\%)=Cu(NO_{3})_{2}+2NO_{2}\uparrow +2H_{2}O}}}
3Cu+8HNO3(30%)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O{\displaystyle {\mathsf {3Cu+8HNO_{3}(30\%)=3Cu(NO_{3})_{2}+2NO\uparrow +4H_{2}O}}}

При взаимодействии с активными металлами вариантов реакций ещё больше:

Zn+4HNO3(60%)=Zn(NO3)2+2NO2↑+2H2O{\displaystyle {\mathsf {Zn+4HNO_{3}(60\%)=Zn(NO_{3})_{2}+2NO_{2}\uparrow +2H_{2}O}}}
3Zn+8HNO3(30%)=3Zn(NO3)2+2NO↑+4H2O{\displaystyle {\mathsf {3Zn+8HNO_{3}(30\%)=3Zn(NO_{3})_{2}+2NO\uparrow +4H_{2}O}}}
4Zn+10HNO3(20%)=4Zn(NO3)2+N2O↑+5H2O{\displaystyle {\mathsf {4Zn+10HNO_{3}(20\%)=4Zn(NO_{3})_{2}+N_{2}O\uparrow +5H_{2}O}}}
5Zn+12HNO3(10%)=5Zn(NO3)2+N2↑+6H2O{\displaystyle {\mathsf {5Zn+12HNO_{3}(10\%)=5Zn(NO_{3})_{2}+N_{2}\uparrow +6H_{2}O}}}
4Zn+10HNO3(3%)=4Zn(NO3)2+NH4NO3+3H2O{\displaystyle {\mathsf {4Zn+10HNO_{3}(3\%)=4Zn(NO_{3})_{2}+NH_{4}NO_{3}+3H_{2}O}}}

Легирование

Основная статья: Легирование (металлургия)

Легирование — это введение в расплав дополнительных элементов, модифицирующих механические, физические и химические свойства основного материала.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации