Железо (fe)

[iron] - элемент VI11 группы Периодич. системы; ат. н. 26, ат. м. 55,847; блестящий серебристо-белый металл. Состоит из четырех стабильных изотопов: иРе (5,84 %), 56Fe (91,68 %),"Fe (2,17 %) и 58Fe (0,31 %). Ж. было известно еще в доисторич. времена. Способ получения ж. из руд был изобретен в зап. части Азии во 2-м тысячелетии до н. э.; вслед за тем применение ж. распростран. в Вавилоне, Египте, Греции; на смену бронз, в. пришел железный в. По содержанию в литосфере (4,65 мае. %) ж. занимает 2-е место среди металлов (на 1-м алюминий) и образует ок. 300 минералов (оксиды, сульфиды, силикаты, карбонаты и т.д.).
Ж. может существовать в виде трех аллот-ропич. модификаций: a-Fe с ОЦК, y-Fe с ГЦК и 8-Fe с ОЦК кристаллич. решетками; a-Fe ферромагнитно вплоть до 769 "С (точка Кюри). Модификации y~Fe и б-Fe парамагнитны. Полиморфные превращения ж. и стали при нагревании и охлаждении открыл в 1868 г. Д. К. Чернов. Fe проявляет перем. валентность (наиб, устойчивы соединения 2- и 3-валентного ж.). С кислородом ж. образует оксиды FeO, Fe2O3 и Fe3O4. Плотность ж. (при содержании примесей < 0,01 мае %) 7,874 г/ /см3, /т=1539'С, /КИЛ*3200«С.
Ж. - важнейший металл соврем, техники. В чистом виде из-за низкой прочн. практич. не использ. Осн. масса ж. применяется в виде весьма разных по составу и св-вам сплавов. На долю сплавов ж. приходится ~ 95 % всей ме-таллич. продукции.
Чистое Fe получают в относит, небольших кол-вах электролизом водных р-ров его солей или восстановлением водородом. Достат. чистое ж. получают прямым восстановл. не-посредст. из рудных концентратов (минуя домен, печь), водородом, природ, газом или углем при относит, низких темп-pax (губчатое Fe, железный порошок, металлизов. окатыши):

губчатое железо [sponge iron] — пористая масса с высоким содержанием железа, получ. восстановлением оксидов при / < /пл. Сырье — ж. руда, окатыши, железорудный концентрат и прокатная окалина, а восстановитель -углерод (некоксующийся уголь, антрацит, торф, сажа), газы (водород, конверторов., природ, и др. горючие газы) или их сочетание. Г. ж. для выплавки качеств, стали в электропечах, должно иметь степень металлизации рем/реобш ^ 85 % (желат. 92-95 %) и пустой породы < 4—5 %. Содержание углерода зависит от способа произ-ва г. ж. В процессах FIOR, SL-RN и HIB получают г. ж. с 0,2-0,7 % С, в процессе Midrex 0,8-2,5 % С. При газ. восстановлении содерж. 0,01—0,015 % S. Фосфор присутствует в виде оксидов и после расплавления переходит в шлак. Из г. ж., получаемого способами H-Iron, Heganes и Сулинского мет. з-да с 97—99 % FeM механич. измельчением с последующим отжигом изготовляют жел. порошок. Общая пористость г. ж. из руды — 45— 50 %, из окатышей 45-70 %. Насыпная масса - 1,6-2,1 т/м3. Для г. ж. характерна большая уд. поверхность, к-рая, включая внутр. пов-ть открытых пор, сост. 0,2-1 М3/г. Г. ж. имеет по-выш. склонность к вторичному окислению. При темп-pax в печи ниже 550—575 °С охлажд. металлизов. продукт пирофорен (самовозгорается на воздухе при комн. темп-ре). В совр. процессах г. ж. получают при / > 700 °С, что снижает его активность и позволяет хранить на воздухе (в отсутствии влаге) без заметного снижения степени металлизации. Г. ж., произвел, по высокотемп-рной технологии - при / > 850 °С, обладает низкой склонностью ко вторичному окислению при увлажнении, что обеспеч. безопасную транспортировку его в открытых вагонах, перевозку морским (речным) транспортом, хранение в открытых штабелях;

железо прямого получения [direct-reduced iron (DRI)] - железо, получаемое химич., электрохимич. или химико-термич. способами непосредст. из руды, минуя домен, печь, в виде порошка, губч. железа (металлизов. окатышей), крицы или жидкого металла. Наиб, развитие получило произ-во губч. железа при 700-1150 °С методами газ. восстановления руды (окатышей) в шахтных печах и с помощью тв. топлива во вращ. печах. Ж. п. п. с 88—93 % FeM, используется как шихта для выплавки стали, а с более высоким содержанием (98— 99 %) для произ-ва жел. порошка;

карбонильное железо [carbonyl iron] — порошок железа, получаемый при термич. разложении пентакарбонила железа; отличается высокой чистотой;
самородное железо [native iron] - ж., встречающееся в природе в виде минералов. Различают по условиям нахождения теллурич. или земное (никель—железо) и метеоритное (космическое) с. ж. Теллурич. железо — редкий минерал — модификация a-Fe, встречается в виде отд. чешуек, зерен, губч. масс и скоплений. Состав - тв. р-р Fe и Ni (до 30 % Ni). Метеоритное с. ж. образуется в процессах формирования космич. тел и попадает на Землю в виде метеоритов; содержит до 25 % Ni. Цвет серо-стальной до черного, металлич. блеск, непрозрачно, тв. баллов 4—5 по минералогич. шкале, у = 7,3—8,2 г/см3 (в зависимости от содержания Ni). Сильно магнитно, хорошо куется;

электролитическое железо [electrolytic iron] — ж., получаемое электролитич. рафинированием; отличается высокой чистотой по примесям (<0,02 % С; 0,01 % О2);
электротехническое железо [electrical iron] - применяемая в электротехнике сталь (или так наз. технич. чистое железо) с суммарным содерж. примесей до 0,08-0,10 %, в т. ч. до 0,05 % С. Э.ж. имеет малое уд. электрич. сопротивление, обладает повыш. потерями на вихревые токи, в связи с чем применение его ограничено в осн. магнитопроводами пост, магнитного потока (полюсные наконечники, магнитопроводы, реле и т.п.);

а-железо [alpha-iron] - низкотемп-рная модификация железа с ОЦК решеткой (при 20 °С а = 286,645 пм), устойчивая < 910 °С; a-Fe ферромагнитно при t < 769 °С (точка Кюри);

у-железо [gamma-iron] — высокотемп-рная модификация железа с ГЦК решеткой (а= 364 пм), устойчива при 910—1400 °С; парамагнитна;
5-железо [beta-iron] - высокотемп-рная модификация железа с ОЦК решеткой (а = 294 пм), устойчива от 1400 °С до tm, парамагнитна.