铁生锈的原因
铁,一种常见的金属元素,化学符号为Fe,原子系数为26,相对原子质量为55.85,位于元素周期表第四周期第Ⅷ族,价电子层结构为[Ar]3d64s2。
铁生锈的原因:
1、铁的腐蚀(生锈)是由于发生了氧化还原反应。一般原子有外层电子,铁原子也不例外,还原反应就是原子外层得到电子的反应,氧化反应是原子外层失去电子的反应。铁制品之所以会生锈,就是因为它们由于和空气的接触而发生了氧化还原反应。
2、在生锈后,铁表明会出现一些暗红色的铁锈,它是氧化反应的产物,它的实际组成比较复杂,通常以其中占大部分的成分“氧化铁”为主,它的化学式为Fe2O3,实际上,它是一种和“水”结合起来的产物,通常用Fe2O3·nH2O表示。
铁的分布与开采:
1、全球铁矿资源丰富,分布较为集中。据美国地质调查局数据,2018年全球铁矿储量为1700亿吨,和2017年保持一致;铁金属储量940亿吨,比2017年上升1.2%。其中澳大利亚、巴西、俄罗斯、中国和印度五国铁储量合计占全球的77.5%,巴西、澳大利亚的铁矿资源品质较高,大部分在60%以上;中国以平矿为主,原矿平均品味只有34.5%,低于49.4%的全球平均水平。
2、在矿石的种类上澳大利亚、巴西等国生产的铁矿石多为赤铁矿,由于矿石中有害杂质较少,可直接入高炉,矿石烧结、冶炼性能都比较好;而中国的铁矿石又多为含铁品味较低的磁铁矿石,需要提纯烧结制球后才能入炉,使得生产成本相对较高。
3、随着开采技术的不断提升和生产需求的不断提高,近年来全球铁矿石的开采量稳步增长,2021年全球铁矿石产量达26亿吨,较2020年增加了1.3亿吨,同比增长了5.26%。
4、全球高品位易开采的铁矿资源主要分布在澳大利亚、巴西、中国、印度、俄罗斯等国,因此澳大利亚、巴西、中国、印度、俄罗斯也成为全球铁矿石重要的生产国,2021年澳大利亚铁矿石产量完成9.00亿吨,占全球铁矿石总产量的34.6%,全球排名第一。这些铁矿石在开采后,经过破碎、筛分、球磨等步骤后多直接用于生铁冶炼,并进一步生产粗钢和钢材等产品。
铁的理化性质:
1、物理性质
铁是一种银白色或灰色的金属,纯铁质地柔软,密度为7.87g/cm3,熔点为1538 ℃(1atm),沸点为2861 ℃(1atm),通常不溶于水和碱,溶于酸,有良好的延展性和导热导电性能。铁和铁的合金有很强的铁磁性,属于磁性材料。室温下铁是体心立方结构,发生相变时也有面心立方结构的铁存在,在干燥的空气中铁是很稳定的。将铁和其他金属元素合金化能增大铁的硬度,降低熔点,甚至有的能解决铁的生锈问题。
2、同素异形体
大多数金属在结晶完成的后续冷却过程中,其晶体结构就不发生变化,即固态时只有一种晶格,如铜、铝等。而铁在固态下随着温度的改变,会由一种晶格转变为另一种晶格,这种现象称为同素异构转变。
铁在912 ℃以下为体心立方结构,称为α-Fe,与碳的固溶体称为α铁素体;在912 ℃-1394 ℃时转变为面心立方结构,称为γ-Fe,与碳的固溶体称为奥氏体;温度在1394 ℃至熔点间又变为体心立方结构,称为δ-Fe,与碳的固溶体称为δ铁素体。纯铁在发生同素异构转变时,其体积和力学性能也随之发生改变。正因为如此,生产中才有可能对铁碳合金等进行热处理,以改变其性能。