Az első vasból és ötvözeteiből készült termékek az ásatások során kerültek elő, és hozzávetőleg a Kr.e. 4. évezredből származnak. Vagyis még az ókori egyiptomiak és sumérok is használták ennek az anyagnak a meteoritlerakódásait ékszerek és háztartási cikkek, valamint fegyverek készítésére.

Ma a legelterjedtebb és leggyakrabban használt anyagok a különféle vasvegyületek, valamint a tiszta fém. Nem hiába tartották vasnak a 20. századot. Hiszen a műanyagok és rokon anyagok megjelenése és elterjedése előtt ez a vegyület volt meghatározó jelentőségű az ember számára. Mi ez az elem és milyen anyagokat képez, ebben a cikkben megvizsgáljuk.

Vegyi elem vas

Ha egy atom szerkezetét vesszük figyelembe, akkor mindenekelőtt annak helyét kell megadnunk a periódusos rendszerben.

1. Sorozatszám - 26.
2. Az időszak a negyedik nagy.
3. Nyolcas csoport, másodlagos alcsoport.
4. Atomtömeg - 55,847.
5. A külső elektronhéj szerkezetét a 3d 6 4s 2 képlet jelöli.
6. - Fe.
7. A név vas, a képlet olvasata „ferrum”.
8. A természetben a kérdéses elemnek négy stabil izotópja van, amelyek tömegszámai 54, 56, 57, 58.

A vas kémiai elemnek körülbelül 20 különböző izotópja van, amelyek nem stabilak. Lehetséges oxidációs állapotok, amelyeket egy adott atom mutathat:

Nemcsak maga az elem fontos, hanem különféle vegyületei és ötvözetei is.

Fizikai tulajdonságok

Egyszerű anyagként a vas kifejezett fémességgel rendelkezik. Vagyis ez egy szürke árnyalatú ezüstfehér fém, amely nagyfokú alakíthatósággal és hajlékonysággal, valamint magas olvadásponttal és forrásponttal rendelkezik. Ha részletesebben megvizsgáljuk a jellemzőket, akkor:

• olvadáspont - 1539 0 C;
• forráspont - 2862 0 C;
• aktivitás - átlagos;
• tűzállóság - magas;
• kifejezett mágneses tulajdonságokat mutat.

A körülményektől és a különböző hőmérsékletektől függően a vas többféle módosulással jár. Fizikai tulajdonságaik különböznek, mivel a kristályrácsok eltérőek.

Minden módosítás különböző típusú kristályrácsokkal rendelkezik, és különböznek a mágneses tulajdonságokban is.

Kémiai tulajdonságok

Mint fentebb említettük, az egyszerű vas anyag átlagos kémiai aktivitást mutat. Finoman eloszlatott állapotban azonban levegőn spontán meggyulladhat, tiszta oxigénben pedig maga a fém ég.

A korróziós képesség nagy, ezért ennek az anyagnak az ötvözeteit ötvöző vegyületekkel vonják be. A vas kölcsönhatásba léphet:

• savak;
• oxigén (beleértve a levegőt is);
• szürke;
• halogének;
• hevítéskor - nitrogénnel, foszforral, szénnel és szilíciummal;
• kevésbé aktív fémek sóival, egyszerű anyagokká redukálva azokat;
• forró vízgőzzel;
• oxidációs állapotú vassókkal +3.

Nyilvánvaló, hogy ilyen aktivitást mutatva a fém képes különféle, változatos és poláris tulajdonságú vegyületeket képezni. Ez történik. A vas és vegyületei rendkívül változatosak, és a tudomány, a technológia és a humán ipari tevékenység legkülönbözőbb ágaiban használják.

Elterjedés a természetben

A vas természetes vegyületei meglehetősen gyakran megtalálhatók, mivel ez a második legelterjedtebb elem bolygónkon az alumínium után. Ugyanakkor a fémet rendkívül ritkán találják meg tiszta formájában, meteoritok részeként, ami jelzi annak nagy felhalmozódását az űrben. Nagy részét ércek, kőzetek és ásványok tartalmazzák.

Ha a kérdéses elem százalékos arányáról beszélünk a természetben, akkor a következő számokat adhatjuk.

1. A földi bolygók magjai - 90%.
2. A földkéregben - 5%.
3. A Föld köpenyében - 12%.
4. A Föld magjában - 86%.
5. Folyóvízben - 2 mg/l.
6. Tengerben és óceánban - 0,02 mg/l.

A leggyakoribb vasvegyületek a következő ásványi anyagokat alkotják:

• magnetit;
• limonit vagy barna vasérc;
• vivianit;
• pirrotit;
• pirit;
• sziderit;
• markazit;
• lellingitis;
• téves pác;
• mylanterit és mások.

Ez még hosszú lista, mert tényleg rengeteg van. Ezenkívül széles körben elterjedtek az ember által létrehozott különféle ötvözetek. Ezek is vasvegyületek, amelyek nélkül nehéz elképzelni a modern emberi életet. Ezek két fő típust tartalmaznak:

• öntöttvas;
• válik.

A vas számos nikkelötvözetben is értékes adalékanyag.

Vas(II)-vegyületek

Ide tartoznak azok, amelyekben az alkotóelem oxidációs állapota +2. Elég sok van, mert ide tartozik:

• oxid;
• hidroxid;
• bináris vegyületek;
• komplex sók;
• összetett vegyületek.

Azon kémiai vegyületek képlete, amelyekben a vas a jelzett oxidációs állapotot mutatja, osztályonként egyedi. Nézzük meg ezek közül a legfontosabbakat és a leggyakoribbakat.

1. Vas(II)-oxid. Fekete por, vízben nem oldódik. A kapcsolat jellege alapvető. Gyorsan oxidálódik, de ugyanolyan könnyen egyszerű anyaggá redukálható. Savakban oldódik, megfelelő sókat képezve. Képlet - FeO.
2. vas(II)-hidroxid. Ez egy fehér amorf csapadék. Sók bázisokkal (lúgokkal) való reakciójával keletkezik. Gyenge bázikus tulajdonságokat mutat, és levegőn gyorsan oxidálódik +3 vasvegyületekké. Képlet - Fe(OH) 2.
3. Egy elem meghatározott oxidációs állapotú sói.Általában halványzöld színű oldatuk van, levegőn is jól oxidálódnak, vassókká alakulnak és 3. Vízben oldódnak. Példák a vegyületekre: FeCL 2, FeSO 4, Fe(NO 3) 2.

   

   A kijelölt anyagok közül több vegyület gyakorlati jelentőséggel bír. Először is (II). Ez a fő ion szállítója a vérszegénységben szenvedő személy testének. Amikor ilyen betegséget diagnosztizálnak egy betegnél, komplex gyógyszereket írnak fel a kérdéses vegyület alapján. Így pótolják a szervezetben a vashiányt.

   Másodszor, vagyis a vas(II)-szulfátot a rézzel együtt a mezőgazdasági kártevők elpusztítására használják a növényeken. A módszer már évtizedek óta bizonyítja hatékonyságát, ezért a kertészek és a kertészek nagyra értékelik.

   Mora sója

   Ez egy vegyület, amely vas(II)ammónium-szulfát kristályos hidrátja. Képlete FeSO 4 *(NH 4) 2 SO 4 *6H 2 O. A gyakorlatban széles körben használt vas(II) vegyület egyike. Az emberi felhasználás főbb területei a következők.

   1. Gyógyszeripari termékek.
   2. Tudományos kutatás és laboratóriumi titrimetriás elemzések (króm, kálium-permanganát, vanádium tartalom meghatározására).
   3. Gyógyszer - étrend-kiegészítőként a vashiányra a beteg szervezetében.
   4. Fatermékek impregnálására, mivel a Mohr-só véd a rothadástól.

   Vannak más területek is, ahol ezt az anyagot használják. Nevét annak a német vegyésznek a tiszteletére kapta, aki először fedezte fel a megnyilvánuló tulajdonságait.

   A vas oxidációs állapotával rendelkező anyagok (III)

   A vasvegyületek tulajdonságai, amelyekben +3 oxidációs állapotot mutatnak, némileg eltérnek a fentebb tárgyaltaktól. Így a megfelelő oxid és hidroxid természete már nem bázikus, hanem kifejezetten amfoter. Adjuk meg a főbb anyagok leírását.

   
   

   A felsorolt ​​példák közül gyakorlati szempontból fontos egy kristályos hidrát, mint például a FeCL 3* 6H 2 O vagy a vas(III)-klorid hexahidrátja. A gyógyászatban vérszegénység idején vérzés leállítására és vasionok pótlására használják a szervezetben.

   A vas(III)-szulfát-ninehidrátot ivóvíz tisztítására használják, mert koagulánsként viselkedik.

   Vas(VI)-vegyületek

   A vas kémiai vegyületeinek képlete, ahol speciális +6 oxidációs állapotot mutat, a következőképpen írható fel:

   • K 2 FeO 4;
   • Na2FeO4;
   • MgFeO 4 és mások.

   Mindegyiknek közös a neve - ferrátok - és hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek (erős redukálószerek). Fertőtlenítésre is képesek, baktériumölő hatásúak. Ez lehetővé teszi, hogy ipari méretekben ivóvíz kezelésére használják őket.

   Összetett kapcsolatok

   A speciális anyagok nagyon fontosak az analitikai kémiában és azon túl is. Olyanok, amelyek sók vizes oldataiban keletkeznek. Ezek összetett vasvegyületek. Ezek közül a legnépszerűbbek és a legjobban tanulmányozottak a következők.

   1. Kálium-hexaciano-ferrát (II) K 4 . A vegyület másik neve sárga vérsó. Az oldatban lévő Fe 3+ vasion kvalitatív meghatározására szolgál. Az expozíció eredményeként az oldat gyönyörű élénkkék színt kap, mivel egy másik komplex képződik - poroszkék KFe 3+. Ősidők óta úgy használták
   2. Kálium-hexaciano-ferrát (III) K 3 . Egy másik név a vörösvérsó. Kiváló minőségű reagensként használják vasion Fe 2+ meghatározására. Ennek eredményeként kék csapadék képződik, amelyet Turnboole kéknek neveznek. Szövetfestékként is használható.

   

   Vas a szerves anyagokban

   A vas és vegyületei, mint már láttuk, nagy gyakorlati jelentőséggel bírnak az emberi gazdasági életben. Ezen túlmenően azonban biológiai szerepe a szervezetben nem kevésbé nagy, sőt fordítva.

   Van egy nagyon fontos fehérje, amely ezt az elemet tartalmazza. Ez a hemoglobin. Ennek köszönhető az oxigén szállítása és egyenletes és időben történő gázcsere. Ezért a vas szerepe egy létfontosságú folyamatban - a légzésben - egyszerűen óriási.

   

   Összességében az emberi szervezet körülbelül 4 gramm vasat tartalmaz, amelyet folyamatosan pótolni kell az elfogyasztott táplálékkal.

Ősidők óta ismertek az emberek: a tudósok az ebből az anyagból készült ősi háztartási cikkeket a Kr.e. 4. évezrednek tulajdonítják.

Lehetetlen elképzelni az emberi életet vas nélkül. Úgy gondolják, hogy a vasat gyakrabban használják ipari célokra, mint más fémeket. A legfontosabb szerkezetek belőle készülnek. A vas kis mennyiségben a vérben is megtalálható. A huszonhatodik elem tartalma színezi vörösre a vért.

A vas fizikai tulajdonságai

A vas oxigénben ég, oxidot képezve:

3Fe + 2O2 = Fe₃O4.

Melegítéskor a vas reakcióba léphet nemfémekkel:

700-900 °C hőmérsékleten is reagál vízgőzzel:

3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2.

Vasvegyületek

Mint ismeretes, a vas-oxidoknak két oxidációs állapotú ionjuk van: +2 és + 3. Ennek ismerete rendkívül fontos, mert a különböző elemeknél teljesen eltérő minőségi reakciók mennek végbe.

Kvalitatív reakciók a vasra

Kvalitatív reakcióra van szükség ahhoz, hogy könnyen meg lehessen határozni az egyik anyag ionjainak jelenlétét egy másik anyag oldatában vagy szennyeződéseiben. Tekintsük a két- és háromértékű vas minőségi reakcióit.

Kvalitatív reakciók vasra (III)

Az oldat vas-ion-tartalma lúggal határozható meg. Ha az eredmény pozitív, bázis képződik - vas(III)-hidroxid Fe(OH)3.

A kapott anyag vízben oldhatatlan és barna színű. A barna csapadék jelezheti vas-ionok jelenlétét az oldatban:

FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3↓+ 3NaCl.

A Fe(III)-ionok K3-mal is meghatározhatók.

A vas-klorid oldatát összekeverjük a vérsó sárgás oldatával. Ennek eredményeként gyönyörű kékes csapadék látható, ami azt jelzi, hogy vas-ionok vannak jelen az oldatban. Látványos kísérleteket talál a vas tulajdonságainak tanulmányozására.

Kvalitatív reakciók vasra (II)

A Fe²⁺ ionok reakcióba lépnek a K4 vörösvérsóval. Ha a só hozzáadásakor kékes csapadék képződik, akkor ezek az ionok jelen vannak az oldatban.

Az emberi szervezet körülbelül 5 g vasat tartalmaz, ennek nagy része (70%) a vér hemoglobinjának része.

Fizikai tulajdonságok

A vas szabad állapotában ezüstös-fehér fém, szürkés árnyalattal. A tiszta vas képlékeny és ferromágneses tulajdonságokkal rendelkezik. A gyakorlatban általában vasötvözetek - öntöttvas és acél - használatosak.

A vas a legfontosabb és legnagyobb mennyiségben előforduló eleme a VIII. csoportba tartozó kilenc d-fémnek. A kobalttal és a nikkellel együtt alkotja a „vas családot”.

Amikor más elemekkel vegyületet képez, gyakran 2 vagy 3 elektront használ (B = II, III).

A vas, mint a VIII. csoport szinte minden d-eleme, nem mutat magasabb vegyértéket, mint a csoportszám. Maximális vegyértéke eléri a VI-t, és rendkívül ritkán jelenik meg.

A legjellemzőbb vegyületek azok, amelyekben a Fe atomok +2 és +3 oxidációs állapotúak.

A vas beszerzésének módszerei

1. A műszaki vasat (szénnel és egyéb szennyeződésekkel ötvözve) természetes vegyületeinek karbotermikus redukciójával állítják elő a következő séma szerint:

A helyreállítás fokozatosan, 3 szakaszban történik:

1) 3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2

2) Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2

3) FeO + CO = Fe + CO 2

Az így kapott öntöttvas több mint 2% szenet tartalmaz. Ezt követően az öntöttvasat 1,5%-nál kevesebb szenet tartalmazó acél-vasötvözetek előállítására használják.

2. Nagyon tiszta vasat a következő módok egyikével lehet előállítani:

a) Fe-pentakarbonil bomlása

Fe(CO) 5 = Fe + 5СО

b) a tiszta FeO redukálása hidrogénnel

FeO + H 2 = Fe + H 2 O

c) Fe +2 sók vizes oldatainak elektrolízise

FeC 2 O 4 = Fe + 2CO 2

vas(II)-oxalát

Kémiai tulajdonságok

A Fe közepes aktivitású fém, és a fémekre jellemző általános tulajdonságokkal rendelkezik.

Egyedülálló tulajdonsága a nedves levegőben való „rozsdásodás” képessége:

Száraz levegővel nedvesség hiányában a vas csak T > 150°C-on kezd észrevehetően reagálni; kalcináláskor „vaskő” Fe 3 O 4 képződik:

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4

A vas oxigén hiányában nem oldódik vízben. Nagyon magas hőmérsékleten a Fe reakcióba lép a vízgőzzel, kiszorítva a hidrogént a vízmolekulákból:

3 Fe + 4H 2O(g) = 4H2

A rozsdásodás mechanizmusa az elektrokémiai korrózió. A rozsdaterméket egyszerűsített formában mutatjuk be. Valójában változó összetételű oxidok és hidroxidok keverékéből laza réteg képződik. Az Al 2 O 3 filmmel ellentétben ez a réteg nem védi meg a vasat a további pusztulástól.

A korrózió típusai

Védi a vasat a korróziótól

1. Kölcsönhatás halogénekkel és kénnel magas hőmérsékleten.

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3

2Fe + 3F 2 = 2FeF 3

Fe + I 2 = FeI 2

Olyan vegyületek képződnek, amelyekben az ionos típusú kötés dominál.

2. Kölcsönhatás foszforral, szénnel, szilíciummal (a vas nem kapcsolódik közvetlenül az N2-vel és H2-vel, hanem feloldja azokat).

Fe + P = Fe x P y

Fe + C = Fe x C y

Fe + Si = Fe x Si y

Változó összetételű anyagok képződnek, például berthollidok (a kötés kovalens jellege dominál a vegyületekben)

3. Kölcsönhatás „nem oxidáló” savakkal (HCl, H 2 SO 4 dil.)

Fe 0 + 2H + → Fe 2+ + H 2

Mivel a Fe a hidrogéntől balra található aktivitássorban található (E° Fe/Fe 2+ = -0,44 V), így képes kiszorítani a H 2-t a közönséges savakból.

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2

Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2

4. Kölcsönhatás „oxidáló” savakkal (HNO 3, H 2 SO 4 tömény)

Fe 0 - 3e - → Fe 3+

A tömény HNO 3 és H 2 SO 4 „passziválja” a vasat, így normál hőmérsékleten a fém nem oldódik bennük. Erős melegítésnél lassú oldódás megy végbe (anélkül, hogy H 2 szabadulna fel).

A szakaszban A HNO 3 vas feloldódik, Fe 3+ kationok formájában feloldódik és a savas anion NO*-vá redukálódik:

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

Nagyon jól oldódik HCl és HNO 3 keverékében

5. A lúgokhoz való viszony

A vas nem oldódik lúgok vizes oldatában. Megolvadt lúgokkal csak nagyon magas hőmérsékleten lép reakcióba.

6. Kölcsönhatás kevésbé aktív fémek sóival

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu

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

7. Reakció gáz-halmazállapotú szén-monoxiddal (t = 200°C, P)

Fe (por) + 5CO (g) = Fe 0 (CO) 5 vas-pentakarbonil

Fe(III) vegyületek

Fe 2 O 3 - vas(III)-oxid.

Vörös-barna por, n. R. in H 2 O. A természetben - „vörös vasérc”.

Megszerzési módszerek:

1) a vas(III)-hidroxid bomlása

2Fe(OH)3 = Fe 2 O 3 + 3H 2 O

2) piritégetés

4FeS 2 + 11O 2 = 8SO 2 + 2Fe 2 O 3

3) nitrát bomlás

Kémiai tulajdonságok

A Fe 2 O 3 egy bázikus oxid, az amfoteritás jeleivel.

I. A fő tulajdonságok a savakkal való reakcióképességben nyilvánulnak meg:

Fe 2O 3 + 6H + = 2Fe 3+ + ZN 2 O

Fe 2O 3 + 6HCI = 2FeCI 3 + 3H 2 O

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

II. Gyenge savas tulajdonságok. A Fe 2 O 3 nem oldódik lúgok vizes oldatában, de szilárd oxidokkal, lúgokkal és karbonátokkal egyesülve ferritek képződnek:

Fe 2 O 3 + CaO = Ca(FeO 2) 2

Fe 2 O 3 + 2NaOH = 2NaFeO 2 + H 2 O

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

III. Fe 2 O 3 - nyersanyag vasgyártáshoz a kohászatban:

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

Fe(OH)3 - vas(III)-hidroxid

Megszerzési módszerek:

Lúgok hatására oldható Fe 3+ sókon nyerik:

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

Az előállítás időpontjában a Fe(OH) 3 vörösesbarna nyálkás-amorf üledék.

Fe(III)-hidroxid képződik a Fe és Fe(OH) 2 nedves levegőben történő oxidációja során is:

4Fe + 6H 2O + 3O 2 = 4Fe(OH) 3

4Fe(OH)2 + 2H2O + O 2 = 4Fe(OH)3

A Fe(III)-hidroxid a Fe 3+ sók hidrolízisének végterméke.

Kémiai tulajdonságok

A Fe(OH)3 nagyon gyenge bázis (sokkal gyengébb, mint a Fe(OH)2). Érezhető savas tulajdonságokat mutat. Így a Fe(OH)3 amfoter jellegű:

1) a savakkal való reakciók könnyen előfordulnak:

2) a friss Fe(OH) 3 csapadék feloldódik forró konc. KOH vagy NaOH oldatok hidroxo-komplexeket képezve:

Fe(OH)3 + 3KOH = K3

Lúgos oldatban a Fe(OH) 3 ferrátokká oxidálható (a vassav H 2 FeO 4 sói, amelyek szabad állapotban nem szabadulnak fel):

2Fe(OH)3 + 10KOH + 3Br2 = 2K2FeO4 + 6KBr + 8H2O

Fe 3+ sók

A gyakorlatban a legfontosabbak: Fe 2 (SO 4) 3, FeCl 3, Fe(NO 3) 3, Fe(SCN) 3, K 3 4 - sárga vérsó = Fe 4 3 poroszkék (sötétkék csapadék)

b) Fe 3+ + 3SCN - = Fe(SCN) 3 tiocianát Fe(III) (vérvörös oldat)

A vas az egyik leggyakoribb kémiai elem a Földön. Ősidők óta az emberek megtanulták használni, hogy megkönnyítsék a munkájukat. A technológia fejlődésével a hatálya jelentősen bővült. Ha több ezer évvel ezelőtt a vasat csak a földműveléshez használt egyszerű szerszámok gyártására használták, most ezt a kémiai elemet a high-tech termelés szinte minden területén használják.

Ahogy idősebb Plinius írta. „A vasbányászok a legkiválóbb és legkárosabb eszközzel látják el az embert. Ezzel a hangszerrel ugyanis átvágjuk a földet, termő kerteket művelünk, és a vadszőlőt szőlővel metszve, évről évre fiatalításra kényszerítjük. Ezzel az eszközzel házat építünk, köveket törünk és használunk Vas minden ilyen igényre. De ugyanazzal a vassal viszünk véghez háborúkat, csatákat, rablásokat, és nem csak a közelben használjuk, hanem szárnyasan a távolba dobjuk, akár kiskapukból, akár erős kézből, akár tollas nyilak formájában. Véleményem szerint az emberi elme leggonoszabb trükkje. Mert hogy a halál gyorsabban sújtsa az embert, szárnyassá tették, és tollakat vasaltak. Emiatt a bűnt az embernek tulajdonítsák, és ne a természetnek.” Nagyon gyakran használják különféle ötvözetek gyártására, amelyek összetétele különböző arányban tartalmaz vasat. Ezek közül a leghíresebb ötvözetek az acél és az öntöttvas.

Az elektromosság megolvasztja a vasat

Az acélok tulajdonságai változatosak. Vannak olyan acélok, amelyeket hosszú távú tengervíznek való kitettségre szánnak, olyan acélok, amelyek ellenállnak a magas hőmérsékletnek és a forró gázok agresszív hatásának, olyan acélok, amelyekből puha kötőhuzalt készítenek, valamint rugalmas és merev rugók gyártására szolgáló acélok...

Ez a sokféle tulajdonság az acélösszetételek sokféleségéből adódik. Így a rendkívül ellenálló golyóscsapágyak 1% szenet és 1,5% krómot tartalmazó acélból készülnek; A 18% krómot és 89% nikkelt tartalmazó acél a jól ismert „rozsdamentes acél”, az esztergaszerszámok pedig 18% volfrámot, 4% krómot és 1% vanádiumot tartalmazó acélból készülnek.

Ez a sokféle acélösszetétel nagyon megnehezíti az olvasztást. Végül is egy nyitott kandallós kemencében és konverterben a légkör oxidálódik, és az olyan elemek, mint a króm, könnyen oxidálódnak és salakká alakulnak, vagyis elvesznek. Ez azt jelenti, hogy ahhoz, hogy 18%-os krómtartalmú acélt kapjunk, sokkal több krómot kell betáplálni a kemencébe, mint 180 kg/tonna acél. A króm pedig drága fém. Hogyan lehet kiutat találni ebből a helyzetből?

A 20. század elején megoldást találtak. Fém olvasztására elektromos ív hőjének felhasználását javasolták. A fémhulladékot körkemencébe töltötték, öntöttvasat öntöttek, és leeresztették a szén- vagy grafitelektródákat. Körülbelül 4000°C hőmérsékletű elektromos ív keletkezett köztük és a kemencében lévő fém között ("fürdő"). A fém könnyen és gyorsan megolvadt. És egy ilyen zárt elektromos kemencében bármilyen légkört létrehozhat - oxidáló, redukáló vagy teljesen semleges. Vagyis megelőzhető az értékes elemek kiégése. Így jött létre a kiváló minőségű acélok kohászata.

Később egy másik módszert javasoltak az elektromos olvasztásra - az indukciót. A fizikából ismert, hogy ha egy fémvezetőt helyezünk egy tekercsbe, amelyen nagyfrekvenciás áram halad át, abban áram indukálódik, és a vezető felmelegszik. Ez a hő elegendő a fém megolvadásához egy bizonyos időn belül. Az indukciós kemence egy olvasztótégelyből áll, amelynek a bélésébe spirál van beágyazva. A spirálon nagyfrekvenciás áram halad át, és a tégelyben lévő fém megolvad. Egy ilyen kályhában is bármilyen hangulatot teremthet.

Az elektromos ívkemencékben az olvasztási folyamat általában több szakaszban zajlik. Először a felesleges szennyeződéseket égetik ki a fémből, oxidálják azokat (oxidációs periódus). Ezután az ezen elemek oxidjait tartalmazó salakot eltávolítják (letöltik) a kemencéből, és betöltik az előötvözeteket - vasötvözeteket olyan elemekkel, amelyeket be kell vezetni a fémbe. A kemence zárva van, és az olvasztás levegő bejutása nélkül folytatódik (helyreállítási időszak). Ennek eredményeként az acél adott mennyiségben telítődik a szükséges elemekkel. A kész fémet egy merőkanálba engedjük és öntjük.

Az acélok, különösen a jó minőségűek, nagyon érzékenyek a szennyeződésekre. Még kis mennyiségű oxigén, nitrogén, hidrogén, kén és foszfor is nagymértékben rontja tulajdonságaikat - szilárdságukat, szívósságukat és korrózióállóságukat. Ezek a szennyeződések a vassal és az acélban lévő egyéb elemekkel nem fémes vegyületeket képeznek, amelyek a fém szemcséi közé ékelődnek, rontják a fém homogenitását és rontják a minőséget. Így az acélok megnövekedett oxigén- és nitrogéntartalma miatt szilárdságuk csökken, a hidrogén pelyhek megjelenését okozza - mikrorepedések a fémben, amelyek az acél alkatrészek váratlan tönkremeneteléhez vezetnek terhelés alatt, a foszfor növeli az acél ridegségét hidegben, a kén vörös ridegséget okoz - az acél tönkremenetele terhelés alatt magas hőmérsékleten.

A kohászok régóta keresik a módokat ezen szennyeződések eltávolítására. A nyitott kandallós kemencékben, konverterekben és elektromos kemencékben végzett olvasztás után a fémet deoxidálják - alumíniumot, ferroszilíciumot (vas és szilícium ötvözete) vagy ferromangánt adnak hozzá. Ezek az elemek aktívan egyesülnek az oxigénnel, lebegnek a salakban, és csökkentik az acél oxigéntartalmát. De az oxigén továbbra is az acélban marad, és a jó minőségű acélok esetében a fennmaradó mennyiség túl nagy. Más, hatékonyabb módszereket kellett találni.

Az 50-es években a kohászok elkezdték ipari méretekben porszívózni az acélt. Egy folyékony fémet tartalmazó merőkanál egy kamrába kerül, amelyből a levegőt kiszivattyúzzák. A fém hevesen forrni kezd, és gázok szabadulnak fel belőle. Képzeljünk el azonban egy merőkanál 300 tonna acélt, és becsüljük meg, mennyi ideig tart, amíg teljesen felforr, és mennyi idő alatt hűl le a fém.

Azonnal világossá válik, hogy ez a módszer csak kis mennyiségű acél esetén alkalmas. Ezért más, gyorsabb és hatékonyabb vákuummódszereket fejlesztettek ki. Most már minden fejlett országban használják, és ez javította az acél minőségét. De a vele szemben támasztott igények egyre nőttek.

A 60-as évek elején Kijevben, a róla elnevezett All-Union Institute of Electric Weldingben. E.O. Paton, az acél elektrosalak újraolvasztásának módszerét fejlesztették ki, amelyet hamarosan számos országban kezdtek alkalmazni. Ez a módszer nagyon egyszerű. Vízhűtéses fémedénybe - kristályosítóba - helyezzük a tisztítandó fémrudat, és speciális összetételű salakkal töltjük meg. A tuskó ezután áramforráshoz csatlakozik. A tuskó végén elektromos ív keletkezik, és a fém olvadni kezd. A folyékony acél salakkal reagál, és nemcsak oxidoktól, hanem nitridektől, foszfidoktól és szulfidoktól is megtisztul. Új, káros szennyeződésektől mentes tuskó szilárdul meg a kristályosítóban. 1963-ban az elektrosalak újraolvasztási módszerének kidolgozásáért és megvalósításáért az All-Union Institute of Electric Welding dolgozóinak egy csoportja, B. I. Medovar és Yu. V. Latash vezetésével Lenin-díjat kapott.

elnevezett Vaskohászati ​​Központi Tudományos Kutatóintézet kohászati ​​tudósai. I. P. Bardina. A kohászati ​​üzemek dolgozóival együttműködve még egyszerűbb módszert dolgoztak ki. A fém tisztítására szolgáló speciális összetételű salakot megolvasztják és egy üstbe öntik, majd a fémet a kemencéből ebbe a folyékony salakba engedik. A salak keveredik a fémmel és felszívja a szennyeződéseket. Ez a módszer gyors, hatékony és nem igényel nagy mennyiségű áramot. Szerzői S. G. Voinov, A. I. Osipov, A. G. Shalimov és mások szintén Lenin-díjat kaptak 1966-ban.

Az olvasóban azonban valószínűleg máris felmerül a kérdés: miért ez a sok nehézség? Végtére is, már mondtuk, hogy egy közönséges elektromos sütőben bármilyen hangulatot teremthet. Ez azt jelenti, hogy egyszerűen kiszivattyúzhatja a levegőt a kemencéből, és az olvasztást vákuumban végezheti el. De ne rohanj a szabadalmi hivatalba! Ezt a módszert régóta használják kis indukciós kemencékben, és a 60-as évek végén és a 70-es évek elején kezdték használni a meglehetősen nagy ívű és indukciós elektromos kemencékben. Mára a vákuumíves és vákuum-indukciós újraolvasztási módszerek meglehetősen elterjedtek az iparosodott országokban.

Itt csak az acél káros szennyeződésektől való tisztításának fő módszereit írtuk le. Több tucat fajtájuk van. Segítenek a kohászoknak eltávolítani a közmondásos legyet, és kiváló minőségű fémet szerezni.

Hogyan szerezzünk vasat kohók nélkül

Fentebb már elhangzott, hogy a vaskohászat a vegyész szemszögéből finoman szólva is logikátlan tevékenység. Először a vasat szénnel és más elemekkel telítik, majd sok munkát és energiát fordítanak ezeknek az elemeknek a kiégetésére. Nem egyszerűbb azonnal visszaállítani a vasat az ércből? Hiszen pontosan ezt tették az ókori kohászok, akik sajtkemencékben lágyított, forró szivacsvasat szereztek. Ez a nézőpont az elmúlt években már elhagyta a retorikai kérdések színterét, és teljesen valós, sőt megvalósult projekteken alapul. A vasat közvetlenül az ércből, a nagyolvasztó eljárást megkerülve, a múlt században végezték. Ezt a folyamatot akkoriban közvetlen helyreállításnak nevezték. A közelmúltig azonban nem találta széles körű elterjedését. Egyrészt az összes javasolt közvetlen redukciós módszer hatástalan volt, másrészt a kapott termék - szivacsvas - rossz minőségű és szennyeződésekkel szennyezett. A lelkesek mégis folytatták a munkát ebben az irányban.

A helyzet gyökeresen megváltozott, mióta a földgázt széles körben elkezdték használni az iparban. Ideális eszköznek bizonyult a vasérc kinyerésére. A földgáz fő komponense, a metán CH 4 katalizátor jelenlétében oxidációval bomlik le speciális berendezésben - reformerekben a 2CH 4 + O 2 → 2CO + 2H 2 reakció szerint.

Az eredmény redukáló gázok – szén-monoxid és hidrogén – keveréke. Ez a keverék belép a reaktorba, amelybe vasércet is betáplálnak. Foglaljunk azonnal – a reaktorok formája és kialakítása igen változatos. A reaktor néha forgó cső alakú kemence, mint egy cementkemence, néha aknakemence, néha zárt retorta. Ez magyarázza a direkt redukciós módszerek sokféle elnevezését: Midrex, Purofer, Ohalata-i-Lamina, SL-RN stb. A módszerek száma már meghaladta a két tucatot. De a lényegük általában ugyanaz. A gazdag vasércet szén-monoxid és hidrogén keverékével redukálják.

De mi a teendő a kapott termékekkel? Nem csak szivacsvasból lehet jó baltát kovácsolni, de jó szöget sem. Bármilyen gazdag is az eredeti érc, mégsem termel tiszta vasat. A kémiai termodinamika törvényei szerint még az ércben lévő összes vasat sem lehet majd helyreállítani; Ennek egy része oxidok formájában továbbra is a termékben marad. És itt egy bizonyított barát jön a segítségünkre - egy elektromos kemence. A szivacsvas szinte ideális alapanyagnak bizonyul az elektrometallurgiában. Kevés káros szennyeződést tartalmaz és jól olvad.

Tehát ismét egy kétlépcsős folyamat! De ez egy másik módszer. A közvetlen redukciós elektromos kemence előnye az alacsony költség. A közvetlen redukciós berendezések lényegesen olcsóbbak és kevesebb energiát fogyasztanak, mint a kohók. Ezt a típusú robbanásmentes acélgyártási technológiát beépítették az Oskol Elektrometallurgiai Üzem projektjébe.

Hazánkban, Stary Oskol közelében egy nagy kohászati ​​üzem épül, amely pontosan ennek a séma szerint fog működni. Ennek első szakaszát már üzembe helyezték. Vegye figyelembe, hogy a vaskohászatban nem a közvetlen újraolvasztás az egyetlen módja a szivacsvas használatának. Használható fémhulladék helyett nyitott kandallós kemencékben, konverterekben és elektromos kemencékben is.

A szivacsvas elektromos kemencében történő újraolvasztásának módja külföldön rohamosan terjed, különösen a nagy olaj- és földgáztartalékkal rendelkező országokban, azaz Latin-Amerika és a Közel-Kelet országaiban. Ezen megfontolások (a földgáz elérhetősége) alapján azonban továbbra sincs okunk azt hinni, hogy az új módszer valaha is teljesen felváltja a hagyományos kétlépcsős nagyolvasztó-acél-olvasztó egységes módszert.

A vas jövője

A vaskorszak folytatódik. Az emberiség által használt összes fém és ötvözet körülbelül 90%-a vasalapú ötvözet. A vasat a világon körülbelül 50-szer többen olvasztják, mint az alumíniumot, nem is beszélve más fémekről. Műanyagok? De korunkban leggyakrabban önálló szerepet töltenek be a különféle szerkezetekben, és ha a hagyományoknak megfelelően megpróbálják bevezetni őket a „pótolhatatlan helyettesítők” rangjába, akkor gyakrabban nem vasfémeket, hanem színesfémeket helyettesítenek. azok. Az általunk fogyasztott műanyagoknak csak néhány százaléka helyettesíti az acélt.

A vasalapú ötvözetek univerzálisak, technológiailag fejlettek, hozzáférhetőek és ömlesztve olcsók. Ennek a fémnek az alapanyaga sem ad okot aggodalomra: a már feltárt vasérckészletek még legalább két évszázadra elegendőek lennének. A vas még sokáig a civilizáció alapja lesz.

MEGHATÁROZÁS

Vas- a periódusos rendszer másodlagos (B) alcsoportjának VIII. csoportjának negyedik periódusának eleme. Megnevezés – Fe. Egyszerű formájában a vas ezüstös-fehér fém.

Sűrűsége 7,87 g/cm3. Olvadáspont 1539 o C, forráspont 3200 o C. A vasnak több módosulása is van. 769 o C-ig a testközpontú köbös ráccsal és ferromágneses tulajdonságokkal rendelkező α-vas stabil. 769 o C-on átmenet β-vasra történik (a kristályszerkezet azonos, paramágneses). 910 o C-on γ-vas képződik felületközpontú kristályrácstal. Paramágneses tulajdonságok. 1400 o C-on és olvadáspontig - δ-vas testközpontú köbös ráccsal.

A vas oxidációs állapota a vegyületekben

A vas létezhet egyszerű anyag - fém formájában, és a fémek oxidációs állapota elemi állapotban egyenlő nulla, mivel az elektronsűrűség eloszlása ​​bennük egyenletes.

A vasat oxidációs állapot jellemzi (+2) És (+3) : Fe +2 O, Fe +3 2 O 3, Fe +2 (OH) 2, Fe +3 (OH) 3, Fe +2 Cl 2, Fe +3 Cl 3, Fe +2 SO 4, Fe +3 2 (SO 4) 3 .

Ismert oxidációs állapotú vasvegyületek (+6) ferrátoknak (K 2 Fe +6 O 4) nevezik.

Példák problémamegoldásra

1. PÉLDA

2. PÉLDA