Раздел "Неорганическая химия"
Зал 25. Сплавы железа
Авторы экспозиции: Данил Иващенко
Миша Журов
Ворожбиев Александр,9 "Г"
Олег Рыжков,9 "Б"
Задание
Вам известно из истории, что человечество прошло в своем развитии век каменный, век бронзовый, век железный. Последний начался за 1200 лет до н.э. Железо выплавлять гораздо труднее, чем бронзу, зато его больше в природе.
А как выплавляли железо три тысячи лет назад? Как получают его сейчас? Почему изготовить сплавы железа проще, чем само железо? Какие сплавы железа используют сегодня?
Древнее Железо
Наши предки использовали железо еще до того момента, как научились его выплавлять.Но как они могли это сделать?Очень просто, метеоритное железо, так же как и медь, можно было обрабатывать методом холодной ковки, делая его более прочным и твёрдым. Отличить метеоритное железо от земного довольно просто, по наличию в его составе никеля. Так как метеоритное железо хорошо обрабатывалось, но его было очень мало, то стоило оно очень дорого.
Одним из самых ранних изделий выполненных из «небесного» железа и дошедшего до наших дней, является ожерелье из прокованных пластинок. Это ожерелье учеными датируется примерно 4-тым тысячелетием до нашей эры. А найденный в Месопотамии железный кинжал с позолоченной рукояткой, изготовленный также из метеоритного железа младше ожерелья почти на тысячу лет.
Впоследствии, когда железо стали выплавлять из руды, оно стало пользоваться необычайным спросом, так как по всем параметрам превосходило изделия из бронзы. Не говоря уже об изделиях из камня. Народы Закавказья стали одними из первых, у кого появилось много железа. Легендарный народ халибров одним из первых научился выплавлять железо из месторождений железной руды, в избытке встречавшихся в местных горах. Этому способствовало и наличие больших массивов леса росших практически повсюду. Древесный уголь, который использовался для восстановления металла из руды, был всегда под рукой. Таким методом получали, так называемое, кричное железо. И такая технология прямого получения металла просуществовала очень долго.
Так наступил ещё один период в жизни человечества, который впоследствии, был назван железным веком. Однако новый металл не сразу вытеснил бронзу. Даже можно сказать, что в железном веке, изделий из бронзы стало даже больше чем в самом бронзовом веке. Во-первых - потому что железа было относительно малое количество, а во-вторых – оно было очень дорого. Так один из царей государства Ассирия, живший за 3 тысячи лет до нашей эры, ценил железо дороже золота. А знаменитый древнегреческий герой Ахилл, даже убил своего противника лишь для того, чтобы завладеть его железными доспехами.
И во втором тысячелетии до нашей эры, цена на железо хоть и упала, но все ещё была значительно выше чем медь. Поэтому железные крицы (чушки необработанного железа) хранились в царских сокровищницах наравне с золотом и драгоценностями.
Таким образом, железо сначала медленно, а затем всё увереннее и быстрее стало завоёвывать позицию основного металла в жизни человека во время, позднее названное железным веком.
Железо Современное
Сейчас же железо добывают иным способом.На примере рассмотрим Лебединский горно-обогатительный комбинат(Белгородская область,КМА).
Лебединский ГОК - один из крупнейших российских производителей железорудного сырья. Компания расположена в городе Губкин Белгородской области.Он дважды занесен в книгу рекордов Гиннеса как крупнейший карьер по добыче негорючих полезных ископаемых.Глубина карьера Лебединского ГОКа – 250 м от уровня моря или 450 м – от поверхности земли (а диаметр – 4 на 5 километров).
Затем руду везут на комбинат, где происходит процесс отделения пустой породы методом магнитной сепарации: руду дробят мелко, потом отправляют на магнитный барабан (сепаратор), к которому в соответствии с законами физики все железное прилипает, а не железное – смывается водой. После этого из полученного железорудного концентрата делают окатыши и горячебрикетированное железо (ГБЖ), которое затем используется для выплавки стали.
Горячебрикетированное железо (ГБЖ) — один из видов прямовосстановленного железа (ПВЖ). Материал с высоким (>90 %) содержанием железа, полученный по технологии, отличной от доменного передела. Используется в качестве сырья для производства стали. Высококачественный (с малым количеством вредных примесей) заменитель чугуна, металлолома.
В отличие от чугуна, в производстве ГБЖ не используется угольный кокс. Процесс производства брикетированного железа базируется на обработке железорудного сырья (окатышей) высокими температурами, чаще всего, посредством природного газа.
Внутрь завода ГБЖ просто так не зайдешь, потому что процесс выпекания горячебрикетированных пирожков проходит при температуре около 900 градусов
Готовая продукция
Почему же сплавы железа в производстве проще, чем само железо?
Сначала нужно понять какие сплавы существуют из железа. Самые популярные,которые используются до сих пор, сплавы железа с углеродом. Таких сплавов два: чугун и сталь.
Чугун - сплав железа с углеродом (и другими элементами).Содержание углерода в чугуне не менее 2,14%(точка предельной растворимости углерода в аустените на диаграмме состояний): меньше — сталь. Углерод придаёт сплавам железа твёрдость, снижая пластичность и вязкость. Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита.В зависимости от формы графита и количества цементита,выделяют белый, серый, ковкий и высокопрочные чугуны.Как правило, чугун хрупок.
Сталь - сплав железа с углеродом и/или с другими элементами. Сталь содержит не более 2,14% углерода (при большем количестве углерода образуется чугун). Углерод придаёт сплавам железа прочность.
Получается,что сплавы нужны чтобы изменять свойства металлов так, как это нужно производству. Из стали и стекла делают высокие небоскребы, а из чугуна котелки и т.д.
Интерактивная игра
А теперь мы поиграем с вами в игру.
Информацию искали:
Ворожбиев Александр(работал с домашней энциклопедией, Журов Михаил(искал информацию на Википедии) и Олег Рыжков (искал информацию на сайте fresher.ru)
Искал главное и оформлял страницу сайта Иващенко Данил.
Источники
Лебединский горно-обогатительный комбинат [Электронный ресурс]: Википедия. Режим доступа http://goo.gl/0JeFQ6
Сталь [Электронный ресурс]: Википедия. Режим доступа http://goo.gl/4X0q6E
Чугун [Электронный ресурс]: Википедия. Режим доступа http://goo.gl/ED5kZA
Как добывают железо [Электронный ресурс]: fresher.ru Режим доступа http://goo.gl/rFBQdW
Левкин А.Н.,Орещенко Н.И. Настольный справочник школьника - Издательская группа Весь 2005 г.
©Иващенко Данил, 2014