Logam profil: sifat dan ciri besi

Penggunaan besi oleh manusia bermula kira-kira 5000 tahun. Ia adalah unsur logam paling banyak kedua di kerak bumi dan terutama digunakan untuk menghasilkan keluli, salah satu bahan struktur yang paling penting di dunia.

Properties

• Atomic Symbol: Fe
• Nombor Atom: 26
• Kategori Unsur: Peralihan Logam
• Ketumpatan: 7. 874g / cm ³
• 1538 ° C)
• Titik didih: 5182 ° F (2862 ° C)
• Kekerasan Moh: 4

Ciri

Tulen tulen adalah logam berwarna perak yang menjalankan haba dan elektrik dengan baik.

Besi terlalu reaktif untuk wujud semata-mata supaya ia hanya berlaku secara semulajadi di kerak bumi sebagai bijih besi, seperti hematit, magnetit, dan siderit.

Salah satu ciri pengenalpastian besi adalah bahawa ia adalah magnet yang kuat. Terdedah kepada medan magnet yang kuat, sekeping besi boleh digerakkan. Para saintis percaya bahawa inti bumi terdiri daripada sekitar 90% besi. Daya magnet yang dihasilkan oleh besi ini ialah apa yang membentuk kutub utara dan selatan magnetik.

Sejarah

Besi mungkin asalnya ditemui dan diekstrak akibat pembakaran kayu di atas bijih besi yang mengandungi besi. Karbon di dalam kayu itu akan bertindak balas dengan oksigen di dalam bijih, meninggalkan logam besi lembut dan lembut. Peleburan besi dan penggunaan besi untuk membuat alat dan senjata bermula di Mesopotamia (hari ini Iraq) antara 2700 dan 3000 SM. Lebih dari 2000 tahun berikutnya, pengetahuan peleburan besi merebak ke timur ke Eropah dan Afrika dalam tempoh yang dikenali sebagai Zaman Besi.

Dari abad ke 17, sehingga kaedah yang efisien untuk menghasilkan keluli ditemui pada pertengahan abad ke-19, besi semakin digunakan sebagai bahan struktur untuk membuat kapal, jambatan, dan bangunan. Menara Eiffel yang dibina pada tahun 1889 dibuat menggunakan lebih daripada 7 juta kilogram besi tempa.

Karat

Karakter yang paling menyusahkan besi adalah kecenderungan untuk membentuk karat.

Karat (atau ferric oxide) adalah sebatian coklat, rapuh yang dihasilkan apabila besi terdedah kepada oksigen. Gas oksigen yang terkandung dalam air mempercepatkan proses kakisan. Kadar karat - berapa cepat besi berubah menjadi ferric oxide - ditentukan oleh kandungan oksigen air dan kawasan permukaan besi. Air garam mengandungi lebih banyak oksigen daripada air tawar, sebab itu air asin berkarat besi lebih cepat daripada air tawar.

Karat dapat dicegah dengan besi salutan dengan logam lain yang secara kimia lebih menarik untuk oksigen, seperti zink (proses salutan besi dengan zink disebut sebagai 'galvanizing'). Walau bagaimanapun, kaedah yang paling berkesan untuk melindungi terhadap karat adalah penggunaan keluli.

Keluli

Keluli adalah aloi besi dan pelbagai logam lain, yang digunakan untuk meningkatkan sifat (kekuatan, ketahanan terhadap kakisan, toleransi panas dan lain-lain.) besi. Mengubah jenis dan jumlah unsur-unsur aloi dengan besi boleh menghasilkan pelbagai jenis keluli.

Keluli yang paling biasa adalah:

1. Keluli karbon, yang mengandungi antara 0. 5-1. 5% karbon. Ini adalah keluli yang paling biasa dan digunakan untuk badan kereta, kapal kapal, pisau, jentera dan semua jenis sokongan struktur.
2. Keluli aloi rendah, yang mengandungi antara 1-5% logam lain (sering nikel atau tungsten). Keluli nikel mampu menahan ketegangan yang tinggi dan, dengan itu, sering digunakan dalam pembinaan jambatan dan untuk membuat rantai basikal. Keluli tungsten mengekalkan bentuk dan kekuatannya dalam persekitaran suhu tinggi dan digunakan dalam kesan, aplikasi berputar, seperti bit gerudi.
3. Keluli aloi yang tinggi, yang mengandungi 12-18% logam lain hanya digunakan dalam aplikasi khusus kerana kosnya yang tinggi. Satu contoh keluli aloi yang tinggi adalah keluli tahan karat, yang sering mengandungi kromium dan nikel, tetapi boleh diaduk dengan pelbagai logam lain juga. Keluli tahan karat adalah sangat kuat dan sangat tahan terhadap kakisan.

Pengeluaran

Kebanyakan besi dihasilkan daripada bijih yang terdapat berhampiran permukaan bumi. Teknik pengekstrakan moden menggunakan relau letupan, yang dicirikan oleh susunan tinggi mereka (struktur seperti cerobong asap). Besi dituangkan ke dalam timbunan bersama dengan kok (arang batu kaya karbon) dan batu kapur (kalsium karbonat). Pada masa kini, bijih besi biasanya melalui proses sintering sebelum memasuki timbunan. Proses ini membentuk kepingan bijih yang antara 10-25mm, yang kemudian dicampur dengan kok dan batu kapur.

Bijih, kokas dan batu kapur sinter kemudian dituangkan ke dalam timbunan di mana terbakar pada suhu 1800 ° C. Coke terbakar sebagai sumber haba dan, bersama-sama dengan oksigen yang ditembak ke dalam relau, membantu membentuk gas karbon monoksida yang mengurangkan. Batu kapur dicampur dengan kotoran di dalam besi untuk membentuk sanga. Slag lebih ringan dari bijih besi lebur, sehingga naik ke permukaan dan dengan mudah dapat dikeluarkan. Besi panas kemudian dicurahkan ke dalam acuan untuk menghasilkan besi babi atau secara langsung disediakan untuk pengeluaran keluli.

Pig besi masih mengandungi antara 3. 5-4. 5% karbon, bersama-sama dengan kekotoran lain, dan rapuh dan sukar untuk digunakan. Pelbagai proses digunakan untuk mengurangkan kekotoran fosforus dan belerang dalam besi babi untuk menghasilkan besi tuang. Besi tempa, yang mengandungi kurang daripada 0% karbon 25, adalah sukar, mudah dibasuh dan mudah dikimpal, tetapi jauh lebih susah payah dan mahal untuk menghasilkan daripada keluli karbon rendah.

Pada tahun 2010, pengeluaran bijih besi global sekitar 2. 4 bilion tan. China, pengeluar terbesar, menyumbang kira-kira 37. 5% daripada semua pengeluaran, manakala negara pengeluar utama lain termasuk Australia, Brazil, India, dan Rusia.

Aplikasi

Besi pernah menjadi bahan struktur utama, tetapi telah lama digantikan oleh keluli dalam kebanyakan aplikasi. Walau bagaimanapun, besi tuang masih digunakan dalam paip dan membuat bahagian automotif, seperti kepala silinder, blok silinder dan kotak gear. Besi tempa masih digunakan untuk menghasilkan barang hiasan rumah, seperti rak wain, pemegang lilin dan batang tirai.

Rujukan

Jalan, Arthur. & Alexander, W. O. 1944. Logam dalam Perkhidmatan Manusia . Edisi ke-11 (1998).
Persatuan Besi Babi Antarabangsa.
Sumber: www. pigiron. org. uk
USGS. Susunan Komoditi Mineral: Besi dan Keluli (2011).
Sumber: // mineral. usg. gov / mineral / pub / komoditi / besi _ & _ keluli