Demirin jeokimyası

9. sınıf öğrencisi "B"

Raevsky Georgy

Demir yalnızca çevremizdeki doğanın en önemli metali değil, kültür ve endüstrinin temelidir, savaşın ve barışçıl emeğin silahıdır. Ve periyodik tablonun tamamında insanlığın geçmişi, bugünü ve gelecekteki kaderiyle bu kadar bağlantılı başka bir element bulmak zordur.

Akademisyen Alexander Evgenievich Fersman, seçkin Sovyet jeokimyacısı, mineralog, coğrafyacı ve gezgin

Jeokimya nedir?

Romalı bilgili yazar ve Doğa Tarihi kitabının yazarı Yaşlı Pliny şunları yazdı: “Demir cevheri madenleri insana en mükemmel aleti sağlar. Çünkü bu aletle toprağı keseriz, verimli bahçeler yetiştiririz ve yabani üzüm bağlarını budayarak onları her yıl gençleştirmeye zorlarız. Bu aletle ev yapıyoruz, taş kırıyoruz, demiri bu ihtiyaçlar için kullanıyoruz.”

Demir de dahil olmak üzere minerallere yalnızca Hıristiyanlık döneminin başlangıcında değil, Pliny döneminde de değer veriliyordu. Bilimsel ve teknolojik gelişmeler olmadan ve gelişmiş sanayi olmadan düşünülemeyen yüzyılımızda önemi daha da artmıştır. Ancak insanlığın gerekli unsurları yeterli miktarlarda alabilmesi için bunların sürekli olarak çıkarılması gerekir. Bunun için de kimyasal elementlerin Dünya gezegenindeki dağılım kalıplarını bilmeniz gerekir.

Bu kalıpların incelenmesi, aralarında jeokimyanın - Dünya'nın kimyasal bileşimi bilimi, elementlerin ve izotoplarının dağılım yasaları ve oluşum süreçlerinin - önde gelen yeri işgal ettiği çeşitli bilimler tarafından işgal edilmektedir. kayalar, topraklar ve doğal sular. (İlgilenen varsa, kozmokimya bilimi dünya dışı uzayda da aynı araştırmayı yürütmektedir). Kimyasal elementler yerkabuğunda cevher ve mineraller şeklinde bulunduğundan jeokimya bir yandan kimyanın kardeşi, diğer yandan jeoloji ile yakından ilişkilidir. Jeolojinin ana alanlarından biri de minerallerin yer kabuğundaki dağılımının incelenmesidir. Bu nedenle jeokimya genellikle jeoloji ve kimyanın sınırında ortaya çıkan bir tür melez bilim alanı olarak kabul edilir. Dolayısıyla aşağıdaki "denklem" kısmen doğru olacaktır: "jeokimya = jeoloji + kimya" - ancak yalnızca kısmen.

"Jeokimya" terimi 19. yüzyılın son çeyreğinde ortaya çıktı. Muhtemelen, ilk profesyonel jeokimyacılardan biri olan, jeokimyanın babası olarak adlandırılan Amerikalı bilim adamı Frank Clark (1847-1931) tarafından bilimsel kullanıma sunulmuştur.

Seçkin Rus bilim adamı V.I. Vernadsky, haklı olarak modern jeokimyanın kurucularından biri olarak kabul ediliyor. 1927 yılında bu bilimin içeriğini şu şekilde deşifre etti: “Jeokimya kimyasal elementleri, yani yer kabuğunun atomlarını ve mümkün olduğunca tüm gezegeni inceler. Onların tarihini, uzay-zamandaki dağılımlarını ve hareketlerini, gezegenimizdeki genetik ilişkilerini inceliyor."

Günümüzde jeokimyanın konusu ve içeriği ile ilgili en yaygın görüş şu şekildedir: Modern jeokimya, mineraller, cevherler, kayalar, topraklar, sular ve doğadaki elementlerin atmosferik dolaşımının özelliklerine göre kimyasal elementlerin dağılımını ve içeriğini inceler. onların atomları ve iyonları.

Demir en yaygın elementlerden biridir Güneş Sistemiözellikle karasal gezegenlerde, özellikle Dünya'da. Karasal gezegenlerdeki demirin önemli bir kısmı, içeriği %90'a ulaşan Dünya dahil gezegenlerin çekirdeklerinde bulunur. Yer kabuğundaki demir içeriği %4 ila %5, mantodaki ise yaklaşık %12'dir. Metaller arasında demir, kabukta bol miktarda bulunan alüminyumdan sonra ikinci sırada gelir. Aynı zamanda tüm demirin yaklaşık %86'sı çekirdekte, %14'ü ise mantoda bulunur.

Demir içeriği, piroksen, amfibol, olivin ve biyotit ile ilişkili mafik magmatik kayaçlarda önemli ölçüde artar. Demir, yerkabuğunda meydana gelen hemen hemen tüm dışsal ve içsel süreçler sırasında endüstriyel konsantrasyonlarda birikir. Deniz suyu çok küçük miktarlarda (0,002 - 0,02 mg/l) demir içerir. Nehir suyunda bu biraz daha yüksektir – 2 mg/l.

Demir atomu yüksek organizmalardaki kırmızı kan hücrelerinin proteini olan hemoglobinin bir parçası olduğundan demir biyosferde önemli bir rol oynar. Hemoglobin, dokulara ve hücrelere oksijen verilmesinde rol oynar.

Demirin nikel, kobalt ve oksijenle birlikte (başka bir teoriye göre - hidrojen) bir parçası olduğuna inanılmaktadır. dünyanın çekirdeği. Dünyanın merkezindeki basınç muazzamdır (yaklaşık 3 milyon atmosfer) ve demir de dahil olmak üzere bu elementlerin özellikleri olağandışı hale gelmelidir. Bilim adamları, böyle bir sıkıştırmayla hidrojenin bir metal haline geldiğine ve demir atomlarının ve diğer metallerin (öncelikle dış elektron kabuklarının) elektronik yapısının büyük ölçüde değişebileceğine inanıyor. Bununla birlikte, bilim kurgu yazarları Dünya'nın merkezine yolculuğu birçok kez anlatmış olsalar da, Dünya'nın çekirdeğinin bileşimini doğrudan inceleyemiyoruz: jeokimyacılar bunu dolaylı verilere dayanarak değerlendiriyor.

Demirin jeokimyasal özellikleri

Demirin en önemli jeokimyasal özelliği çeşitli oksidasyon durumlarının varlığıdır. Nötr formdaki (metalik) demir dünyanın çekirdeğini oluşturur, muhtemelen mantoda bulunur ve yer kabuğunda çok nadiren bulunur. Demirli demir FeO, manto ve kabukta bulunan demirin ana formudur. Demir oksit Fe2O3, yer kabuğunun en üstteki, en oksitlenmiş kısımlarının, özellikle tortul kayaların karakteristiğidir.

Kristal kimyasal özellikleri açısından Fe2+ iyonu, tüm dünyevi kayaların önemli bir bölümünü oluşturan diğer ana elementler olan Mg2+ ve Ca2+ iyonlarına yakındır. Kristal kimyasal benzerliğinden dolayı demir, birçok silikatta magnezyumun ve kısmen de kalsiyumun yerini alır. Bu durumda değişken bileşimli minerallerdeki demir içeriği genellikle sıcaklığın azalmasıyla birlikte artar.

Demir mineralleri

Demir yer kabuğunda oldukça yaygındır - yer kabuğunun kütlesinin yaklaşık% 4,1'ini oluşturur (tüm elementler arasında 4. sırada, metaller arasında 2. sırada). Manto ve kabukta demir esas olarak silikatlarda yoğunlaşırken, içeriği bazik ve ultrabazik kayalarda önemli, asidik ve ara kayalarda ise düşüktür.

Demir içeren çok sayıda cevher ve mineral bilinmektedir. Cevherler, metalin endüstriyel olarak çıkarılmasının ekonomik olarak mümkün olduğu miktarlarda demir ve bileşikler içeren doğal minerallerdir. Endüstriyel cevherlerdeki demir içeriği %16'dan %70'e kadar geniş bir aralıkta değişmektedir. Bağlı olarak kimyasal bileşim Demir cevherleri, dökme demirin doğal haliyle veya %50'den az Fe içeriyorsa zenginleştirmeden sonra ergitilmesinde kullanılır. Demir cevherlerinin çoğu dökme demir, çelik ve ferroalyajların eritilmesinde kullanılır. Nispeten hayır Büyük miktarlar kil çözeltilerini delmek için doğal boyalar (koyu boya) ve ağırlıklandırma maddeleri olarak kullanılırlar.

Pratik açıdan en büyük öneme sahip olanlar kırmızı demir cevheri (hematit, Fe2O3; %70'e kadar Fe içerir), manyetik demir cevheri (manyetit, FeO.Fe2O3, Fe3O4; %72,4 Fe içerir), kahverengi demir cevheri veya limonittir (götit ve hidrogötit ve hidrogötit) , sırasıyla FeOOH ve FeOOH nH2O). Goetit ve hidrogoetit çoğunlukla hava koşullarına maruz kalan kabukta bulunur ve kalınlığı birkaç yüz metreye ulaşan “demir şapkalar” oluşturur. Ayrıca göllerdeki veya denizlerin kıyı bölgelerindeki kolloidal çözeltilerden dökülen tortul kökenli de olabilirler. Bu durumda oolitik veya baklagil demir cevherleri oluşur. Çoğunlukla siyah uzun kristaller ve radyal kümeler formunda olan vivianit Fe(3PO4)2·8H2O içerirler.

Demir sülfitler de doğada yaygındır - pirit FeS2 (kükürt veya demir pirit) ve pirotit. Bunlar demir cevheri değildir; pirit sülfürik asit yapmak için kullanılır ve pirotit sıklıkla nikel ve kobalt içerir.

Yaygın olarak bulunan diğer demir mineralleri:

· Siderit - FeCO3 - yaklaşık %35 oranında demir içerir. Sarımsı beyaz (kirliyse gri veya kahverengi renkte) bir renge sahiptir.

· Markazit - FeS2 - %46,6 demir içerir. Sarı, pirinç benzeri, bipiramidal eşkenar dörtgen kristaller şeklinde oluşur.

· Löllingit - FeAs2 - %27,2 demir içerir ve gümüşi beyaz bipiramidal eşkenar dörtgen kristaller formunda oluşur.

· Mispickel - FeAsS - %34,3 demir içerir. Beyaz monoklinik prizmalar şeklinde oluşur.

· Melanterit - FeSO4·7H2O - doğada daha az bulunur ve camsı parlaklığa ve kırılganlığa sahip yeşil (veya safsızlıklar nedeniyle gri) monoklinik kristallerdir.

· Vivianit - Fe3(PO4)2·8H2O - mavi-gri veya yeşil-gri monoklinik kristaller formunda oluşur.

Yerkabuğu aynı zamanda daha az yaygın olan diğer demir minerallerini de içerir:

Ana demir cevheri yatakları

Ana demir yatakları Avustralya, Brezilya, Venezuela, Hindistan, Kanada, Liberya, Rusya, ABD, Fransa, İsveç'te bulunmaktadır.

Rusya, demir cevheri rezervleri açısından dünyada ilk sıralarda yer alıyor.

Dünyanın jeolojik haritasındaki ana demir cevheri yatakları

İlginç jeokimyasal gerçek:

Doğada çok az element serbest halde bulunur. Bu formda onlara yerli denir. Metaller ve ametallerin çoğu diğer elementlerle, özellikle de oksijenle çok kolay birleşir. Bu nedenle yer kabuğunda neredeyse her zaman farklı bileşiklerin parçası olarak bağlı bir biçimde bulunurlar. Demir çok aktif bir elementtir ve özellikle nem varlığında kolayca oksitlenir. Ancak doğada doğal demir bulunur. Bu tamamen istisnai bir durum çünkü doğal formundaki demir, meteorların bir parçası olarak yer kabuğuna giriyor.

İşte Akademisyen Fersman, demirin jeokimyası hakkındaki popüler kitabında şöyle diyor:

“Demir evrenin en önemli metallerindendir. Çizgilerini tüm kozmik cisimlerde görüyoruz, sıcak yıldızların atmosferlerinde bizim için parlıyorlar, güneş yüzeyinde huzursuz olan fırtınalı demir atomlarını görüyoruz, her yıl ince bir parçacık halinde üzerimize düşüyorlar. kozmik toz demir meteorlar şeklinde. Güney Afrika'nın Arizona eyaletinde, Podkamennaya Tunguska havzamıza, evrenin bu en önemli metali olan muazzam miktarda yerli demir düştü. Jeofizikçiler, Dünya'nın merkezinin tamamının nikel demir kütlesinden oluştuğunu ve yer kabuğumuzun, pik demirin eritilmesi sırasında yüksek fırından çıkan camsı cüruflarla aynı ölçekte olduğunu iddia ediyorlar.

...Jeokimyacılar bize demirin tarihini açıklıyor. Yerkabuğunun bile %4,2 oranında demirden oluştuğunu ve metallerden yalnızca alüminyumun çevremizdeki doğada demirden daha fazla bulunduğunu söylüyorlar. Olivin ve bazalt kayaları biçiminde, derinliklerde en ağır ve en ilkel kayalar olarak katılaşan erimiş kütlelerin bir parçası olduğunu biliyoruz. demir jeokimyası maden yatağı

Granit kayalarda nispeten az demir kaldığını biliyoruz; açık renkleri (beyaz, pembe, yeşil) demiri gösterir. Ancak dünya yüzeyinde karmaşık kimyasal reaksiyonlar hâlâ büyük miktarda demir cevheri rezervi biriktiriyor. Bazıları, tropikal yağmur dönemlerinin yerini sıcak yazların parlak güneşli günlerine bıraktığı, çözünebilen her şeyin kayalardan yıkandığı ve büyük birikimlerin oluştuğu - demir ve alüminyum cevheri kabukları - subtropik bölgelerde oluşur.

Kuzey ülkelerindeki göllerin dibinde, örneğin Karelya'da, fırtınalı suların bulunduğunu biliyoruz. organik madde ilkbaharda çeşitli kayalardan büyük miktarda demir getirir; Suyun aktığı göllerin dibinde, özel demir bakterilerinin katılımıyla bezelye veya bütün demir birikintileri biriktirilir... Böylece bataklıklarda, denizin derinliklerinde, Dünyamızın uzun jeolojik tarihi boyunca demir birikimleri olur. oluşan cevherler; ve birçok durumda hayvan ve bitki yaşamının bu birikintilerin oluşumunda etkili olduğuna şüphe yoktur.

Büyük Kerç yatakları bu şekilde oluştu; Krivoy Rog'daki ve Kursk manyetik anomalisindeki devasa demir cevheri rezervleri büyük olasılıkla bu şekilde oluştu.

Bu son iki yataktaki cevherler, eski denizlerin suları tarafından o kadar uzun zaman önce biriktirilmişti ki, derinliklerin sıcak nefesi onların yapısını değiştirmeyi başarmıştı ve burada Kerç'te olduğu gibi kahverengi demir cevherleri yerine, değiştirilmiş siyah cevherleri görüyoruz. demir parlaklığı (hematit veya kırmızı demir cevheri) ve manyetik demir cevheri.

Demirin gezinmesi dünya yüzeyinde durmuyor. Doğru, çok az kısmı deniz suyunda birikiyor; ve bu suyun neredeyse hiç demir içermediğini doğru söylüyorlar. Bununla birlikte, özel, istisnai koşullar altında, denizde bile, sığ koylarda, demirli çökeltiler ve tüm demir cevheri yatakları birikir ve bunlar aynı zamanda bir dizi antik deniz birikintisinde de bulunur. Ukrayna'da Khopr, Kerch ve Ayati yakınlarında ünlü demir cevheri yataklarımız bu şekilde oluştu. Ancak dünyanın yüzeyinde - akarsularda, nehirlerde, göllerde, bataklıklarda - demir her yerde dolaşıyor; ve bitkiler bu önemli kimyasal elementi her zaman kendileri için bulurlar, onsuz bitki yaşamı imkansızdır. Bir saksı çiçeğini demirden mahrum etmeye çalışın, göreceksiniz ki çiçekler kısa sürede renklerini ve kokularını kaybedecek, yapraklar sararmaya ve kurumaya başlayacak...

... Böylece bir bitkide, bir canlı organizmada demirin yeryüzündeki döngüsü tamamlanır ve insan kanındaki kırmızı kan hücreleri, onsuz ne hayat ne de var olan bu metalin yolculuğunun son aşamalarından biridir. barışçıl bir çalışma.”

Demirin geleceği

İnsanlığın ilkel tarihinde, demir metalurjisinin ve demir alet imalatının ortaya çıktığı bir dönem olan Demir Çağı devam ediyor. İnsanoğlunun kullandığı metal ve alaşımların yaklaşık doksanının tamamı demirden yapılmıştır. Demir dünyada alüminyumdan yaklaşık 50 kat daha fazla eritilir, diğer metallerden bahsetmeye bile gerek yok. Plastik mi? Ancak günümüzde çoğunlukla çeşitli tasarımlar diğer işlevler ve eğer geleneğe uygun olarak, onları "yeri doldurulamaz ikameler" rütbesine sokmaya çalışırlarsa, çoğu zaman demirli olanların değil, demir dışı metallerin yerini alırlar. Tükettiğimiz plastiklerin yalnızca yüzde birkaçı çeliğin yerini alıyor.

Demir bazlı alaşımlar evrenseldir, teknolojik olarak gelişmiştir, erişilebilirdir ve toplu olarak ucuzdur. Bu metalin hammadde tabanı da endişe yaratmıyor: halihazırda keşfedilmiş demir cevheri rezervleri insanlar için yeterli. Ek olarak, bilim adamları demirin jeokimyası (ve gelecekte demirin kozmokimyası) alanında yapılacak keşiflerin insanlığa bu yeri doldurulamaz elementin yeni kaynaklarını sağlayacağından eminler. Jeokimyanın bu alanındaki araştırmalar gereklidir çünkü demir, abartmadan medeniyetimizin temeli olarak adlandırılabilir.

Edebiyat

1) Vikipedi, “Demir” makalesi

2) Büyük Sovyet Ansiklopedisi, “Demir cevherleri” makalesi

(http://bse.sci-lib.com/article039128.html).

Demir, gezegendeki rezervler ve bolluk açısından alüminyumdan sonra ikinci sırada (Yer kabuğunda %4,7) yer almaktadır. İnsan toplumunun şafağında keşfedildi ve hala önemini kaybetmiyor ve her yerde kullanılıyor.

Demir çoğunlukla, nispeten kolay bir şekilde çıkarılıp işlenebilen, metal açısından zengin cevherlerde bulunur. İÇİNDE saf formu demir yalnızca meteoritlerde bulundu ve bileşiklerde sülfitler, silikatlar ve oksitler halinde mevcuttu.

Demirin özellikleri

Fiziki ozellikleri

Demir, grimsi bir renk tonuna sahip gümüşi beyaz bir metaldir. Saf haliyle plastiktir ancak kırılgandır. İçerisine çeşitli katkı maddeleri (örneğin karbon) eklendiğinde alaşımın sertliği ve kırılganlığı artar. Demir, elektriği ve ısıyı iyi iletir ve güçlü manyetik özelliklere sahiptir, yani manyetik alanın etkisi altında mıknatıslanır ve sonra kendisi bir mıknatıs haline gelir.

Demir özellikle canlı organizmalar için önemlidir. Solunum süreçlerini destekler ve kan hemoglobininin bir parçasıdır (477 mg/l). Bu, demirin solunum organlarından dokulara oksijen iletme sürecine dahil olduğu anlamına gelir.

Suda ve nemli havada demir solar ve paslanır, 1539°C sıcaklıkta kolayca erir ve dövülebilir. Şu tarihte: yüksek sıcaklıklar demir su buharı ile reaksiyona girer.

Demir 300 farklı mineral (karbonatlar, sülfitler vb.) oluşturur ve yer kabuğunda kuvvetli bir şekilde göç eder. Magmanın kristalleşmesi sırasında biriktiği için yerin iç kısmının metali olarak adlandırılır.

Kimyasal özellikler

Demir, ortalama derecede kimyasal aktiviteye sahip bir metaldir. Havaya maruz kaldığında üzerinde korozyon ve paslanmayı önleyen koruyucu bir film oluşur. Hava nemliyse demir oksitlenir ve paslanır.

Seyreltilmiş hidroklorik veya sülfürik asitlerde çözünür ve hidrojen açığa çıkar. Metalleri tuz çözeltilerinden uzaklaştırır. Isıtma sırasında metal olmayanlarla etkileşime girer.

Demirin doğadaki bileşikleri ve oluşumu

Doğal sularda demir içeriği ortalamadır (0,01-26 mg/l aralığında). Ayrıca hayvanların, bakterilerin ve bitkilerin vücutlarında da bulunur. Hatta dokularda ve iç organlarİnsanlar vücutlarına yiyecekle gelen demiri yerler. Bir yetişkin için buna olan ihtiyaç 11-30 mg'dır. Aşırı demir hemokromatozise ve ciddi iç organ bozukluklarına yol açar.

Demir cevheri yatakları farklı jeolojik koşullarda oluştuğundan, cevherlerin bileşimi ve konum koşulları da farklılık göstermektedir.

Demir birçok cevherde bulunur:

Hematit (demir parlaklığı, kırmızı demir cevheri),

Pirit (kükürt pirit) ve götit,

Manyetit (manyetik demir cevheri),

Siderit ve hidrojenit.

Doğada demir döngüsü

(Doğadaki kükürt ve diğer bileşiklerin döngüsü örneğini kullanma)

Demir bakterilerinin (ipliksi bakteriler ve soliter demir bakterileri) hayati aktivitesi nedeniyle doğada demir döngüsü meydana gelir. Demiri demir hidroksite oksitlerler ve karbondioksitten karbon elde edilir. Böylece demir bakterileri yaşamsal fonksiyonları için enerji alırlar ve öldükten sonra bataklık cevheri şeklinde toprağa çökerler.

Demirin uygulama alanları

Saf haliyle demir kırılgandır, bu nedenle pratikte kullanılmaz. Elektromıknatıs üretmek, kimyasal reaksiyonlar vb. için katalizör olarak kullanılır.

Bu metal esas olarak alaşım formunda kullanılır. Tüm metal ürünlerin %95'ini oluştururlar. Demir, çeliğin ve dökme demirin ana bileşenidir. Çelik, dökme demirden daha az karbon içerir ve bu nedenle demirin sert şok yüklerine karşı daha sünek ve dayanıklıdır.

Demir aynı zamanda elektrik mühendisliğinde, demir-hava pillerinde ve demir-nikel pillerde kullanılan nikel ve diğer alaşımların bir parçasıdır.

Düşük ve dayanımlı demir esaslı malzemeler üretilmektedir. yükselmiş sıcaklık, agresif ortam, nükleer radyasyon, vakum ve yüksek basınç vb.

Demir, ulusal ve ev ekonomisinin her alanında çok yaygın olarak kullanılan metaller grubuna aittir. Dökme demir ve çelik temel oldu modern teknoloji. Onların katılımıyla ağır sanayinin, çeşitli kara taşımacılığının vb. gelişimi gerçekleşti.

Büyük demir rezervleri Rusya, Avustralya, Kanada, Kazakistan, Hindistan, Fransa, ABD, Venezuela ve Güney Afrika'da bulunmaktadır.

/ mineral Demir

Demir, doğal elementler grubuna aittir. Yerli demir karasal ve kozmojenik kökenli bir mineraldir. Karasal demirin nikel içeriği kozmojenik demire göre yüzde 3 daha yüksektir. Aynı zamanda magnezyum, kobalt ve diğer eser elementlerin safsızlıklarını da içerir. Yerli demir, metalik parlaklığa sahip açık gri bir renge sahiptir; kristal kalıntıları nadirdir. Bu, 4-5 birim sertliğe sahip oldukça nadir bir mineraldir. ve metreküp başına 7000-7800 kg yoğunluk. Arkeologlar, eski insanlar tarafından, cevherden demir eritme becerilerini geliştirmeden çok önce, yerli demirin kullanıldığını kanıtladılar.

Orijinal formundaki bu metal gümüşi beyaz bir renk tonuna sahiptir; yüksek nem veya oksijen açısından zengin suda yüzey hızla pasla kaplanır. Bu kaya iyi bir sünekliğe sahiptir, 1530 santigrat derece sıcaklıkta erir ve kolayca dövülerek ürün haline getirilebilir ve yuvarlanabilir. Metal iyi bir elektriksel ve termal iletkenliğe sahiptir; ayrıca manyetik özellikleriyle diğer kayalardan ayrılır.

Oksijenle etkileşime girdiğinde metalin yüzeyi, onu aşındırıcı etkilerden koruyan bir filmle kaplanır. Havada nem olduğunda demir oksitlenir ve yüzeyinde pas oluşur. Bazı asitlerde demir çözünür ve hidrojen açığa çıkar.

Demirin tarihi

Demirin insan toplumunun gelişimi üzerinde büyük etkisi oldu ve bugün de değer görmeye devam ediyor. Birçok endüstride kullanılmaktadır. Demir yardımcı oldu ilkel insana yeni avlanma yöntemlerine hakim olmak, gelişmeye yol açtı Tarım yeni araçlar sayesinde. O günlerde saf demir düşen meteorların bir parçasıydı. Bu malzemenin dünya dışı kökenine dair bugüne kadar efsaneler var. Metalurjinin tarihi M.Ö. 2. binyılın ortalarına kadar uzanmaktadır. O zamanlar Mısır, demir cevherinden metal üretiminde uzmanlaştı.

Demir nerede çıkarılır?

Saf haliyle demir gök cisimlerinde bulunur. Metal ay toprağında keşfedildi. Artık demir kaya cevherinden çıkarılıyor ve Rusya bu metalin çıkarılmasında lider konumda. Zengin demir cevheri yatakları Avrupa kısmında, Batı Sibirya ve Urallarda bulunmaktadır.

Kullanım alanları

Geniş bir uygulama alanına sahip olan çelik üretiminde demir esastır. Bu malzeme hemen hemen her üretimde kullanılmaktadır. Demir günlük yaşamda yaygın olarak kullanılır; dövme ürünler ve dökme demir şeklinde bulunabilir. Demir, ürüne farklı şekiller vermenizi sağlar, bu nedenle çardaklar, çitler ve diğer ürünlerin dövülmesinde ve oluşturulmasında kullanılır.

Tüm ev hanımları mutfakta demir kullanır çünkü dökme demirden yapılan ürünler demir ve karbon alaşımından başka bir şey değildir. Dökme demir tencere eşit şekilde ısınır, sıcaklığı uzun süre korur ve onlarca yıl dayanır. Hemen hemen tüm çatal bıçak takımları demir içerir ve paslanmaz çelikten tabaklar ve çeşitli mutfak eşyaları ile kürek, dirgen, balta ve diğer faydalı aletler gibi gerekli eşyaları yapın. Bu metal aynı zamanda takılarda da yaygın olarak kullanılmaktadır.

Kimyasal bileşim

Tellürik demir, %0,6-2 oranında nikel (Ni), %0,3'e kadar kobalt (Co), %0,4'e kadar bakır (Cu), %0,1'e kadar platin (Pt), karbon; göktaşı demirinde nikel% 2 ila 12 arasında değişir, kobalt - yaklaşık% 0,5 ve ayrıca fosfor, kükürt ve karbondan oluşan yabancı maddeler de vardır.

Asitlerdeki davranışı: HNO3'te çözünür.
Doğada demirin çeşitli modifikasyonları vardır; düşük sıcaklıktakinin bcc hücresi (Im3m) vardır, yüksek sıcaklığın (> 1179K sıcaklıklarda) fcc hücresi (Fm(-3)m) vardır. Meteorlarda büyük miktarlarda bulunur. Widmanstätten figürleri, kazındığında veya ısıtıldığında demir göktaşlarında görünür.
Kökeni: tellürik (karasal) demir, bazaltik lavlarda nadiren bulunur (Uifak, Disko Adası, Grönland'ın batı kıyısında, Kassel, Almanya yakınında). Her iki noktada da pirotit (Fe1-xS) ve kohenit (Fe3C) bununla ilişkilidir; bu durum hem karbonla indirgenme (ana kayaçlar dahil) hem de Fe(CO)n gibi karbonil komplekslerinin ayrışmasıyla açıklanmaktadır. Mikroskobik tanelerde, altere olmuş (serpantinleşmiş) ultrabazik kayalarda, ayrıca pirotitle, bazen manyetitle parajenezde, indirgeme reaksiyonları sırasında ortaya çıkması nedeniyle birden fazla kez kurulmuştur. Bataklık cevherlerinin oluşumu sırasında cevher yataklarının oksidasyon bölgesinde çok nadiren bulunur. Demir bileşiklerinin hidrojen ve hidrokarbonlarla indirgenmesiyle ilişkili tortul kayalarda bulgular kaydedilmiştir.
Ay toprağında hem göktaşı düşmesi hem de magmatik süreçlerle ilişkili olan neredeyse saf demir bulundu. Son olarak, iki sınıf göktaşı (taşlı demir ve demir), kaya oluşturucu bir bileşen olarak doğal demir alaşımları içerir.

Yerli demir ailesi (Godovikov'a göre)
Yerli demir grubu
< 2,9, редко до 6,4 ат. % Ni - феррит
< ~ 6,4 ат. % Ni - камасит

Yerli Nikel Grubu
> 24 saat. % Ni - taenit
62,5 - 92 saat. % Ni - awaruite Ni3Fe
(Ni, Fe) - Yerli nikel

Demir (İngiliz Demiri, Fransızca Fer, Almanca Eisen) antik çağın yedi metalinden biridir. İnsanın göktaşı kökenli demirle diğer metallerden daha önce tanışmış olması muhtemeldir. Göktaşı demirini karasal demirden ayırt etmek genellikle kolaydır, çünkü neredeyse her zaman% 5 ila 30, çoğunlukla% 7-8 oranında nikel içerir. Antik çağlardan beri demir, hemen hemen her yerde bulunan cevherlerden elde edilmiştir. En yaygın cevherler hematit (Fe 2 O 3), kahverengi demir cevheri (2Fe 2 O 3, ZN 2 O) ve çeşitleri (bataklık cevheri, siderit veya spar demir FeCO3), manyetittir (Fe 3 0 4) ve diğerleri. Tüm bu cevherler, kömürle ısıtıldığında, 500 o C'den başlayarak nispeten düşük bir sıcaklıkta kolayca indirgenir. Ortaya çıkan metal, viskoz süngerimsi bir kütle görünümüne sahipti ve daha sonra 700-800 o'da tekrarlanan dövme ile işlendi.

Antik çağlarda ve Orta Çağ'da, o zamanlar bilinen yedi metal, metaller ve metaller arasındaki bağlantıyı simgeleyen yedi gezegenle karşılaştırıldı. gök cisimleri ve metallerin göksel kökeni. Bu karşılaştırma 2000 yılı aşkın bir süre önce yaygınlaştı ve 19. yüzyıla kadar edebiyatta sürekli olarak yer aldı. II.Yüzyılda. N. e. demir, Merkür ile karşılaştırıldı ve cıva olarak adlandırıldı, ancak daha sonra Mars ile karşılaştırılmaya başlandı ve Mars olarak adlandırıldı; bu, özellikle Mars'ın kırmızımsı renginin kırmızı demir cevherleriyle dışsal benzerliğini vurguladı.

Açıklamadaki bir hatayı bildir

Madenin Özellikleri

Demir cevheri yüzyıllar önce insanlar tarafından çıkarılmaya başlandı. O zaman bile demir kullanmanın faydaları açıkça ortaya çıktı.

Demir içeren mineral oluşumlarını bulmak oldukça kolaydır çünkü bu element yer kabuğunun yaklaşık yüzde beşini oluşturur. Genel olarak demir, doğada en çok bulunan dördüncü elementtir.

Saf haliyle bulunması mümkün değildir; demir birçok kaya türünde belli miktarlarda bulunur. Demir cevheri en yüksek demir içeriğine sahiptir ve metalin çıkarılması ekonomik açıdan en karlı olanıdır. İçerdiği demir miktarı kaynağına bağlıdır ve normal oranı %15 civarındadır.

Kimyasal bileşim

Demir cevherinin özellikleri, değeri ve özellikleri doğrudan kimyasal bileşimine bağlıdır. Demir cevheri içerebilir farklı miktar demir ve diğer yabancı maddeler. Buna bağlı olarak birkaç tür vardır:

• cevherlerdeki demir içeriği %65'i aştığında çok zengin;
• zengin, demir yüzdesi %60 ila %65 arasında değişir;
• ortalama %45 ve üzeri;
• yararlı elementlerin yüzdesinin% 45'i geçmediği fakir.

Demir cevherinde ne kadar çok yan ürün varsa, onu işlemek için o kadar fazla enerjiye ihtiyaç duyulur ve nihai ürünlerin üretimi o kadar az verimli olur.

Bir kayanın bileşimi, çeşitli minerallerin, atık kayaların ve diğer yan ürünlerin bir kombinasyonu olabilir; bunların oranı, yatağına bağlıdır.

Manyetik cevherler, manyetik özelliklere sahip bir okside dayanmaları ile ayırt edilirler, ancak güçlü ısınmayla kaybolurlar. Bu kaya türünün doğadaki miktarı sınırlıdır ancak içindeki demir içeriği kırmızı demir cevheri kadar iyi olabilir. Dışarıdan katı siyah-mavi kristallere benziyor.

Spar demir cevheri, siderite dayalı bir cevher kayasıdır. Çoğu zaman önemli miktarda kil içerir. Bu tür kayaların doğada bulunması nispeten zordur ve bu da düşük demir içeriğiyle birleştiğinde nadiren kullanılmasını sağlar. Bu nedenle bunları endüstriyel tip cevher olarak sınıflandırmak mümkün değildir.

Doğada oksitlerin yanı sıra silikat ve karbonat bazlı başka cevherler de bulunur. Bir kayadaki demir içeriği miktarı, endüstriyel kullanımı açısından çok önemlidir, fakat aynı zamanda nikel, magnezyum ve molibden gibi faydalı yan elementlerin varlığı da önemlidir.

Uygulamalar

Demir cevherinin uygulama alanı neredeyse tamamen metalurji ile sınırlıdır. Esas olarak açık ocak veya konvertör fırınları kullanılarak çıkarılan dökme demirin eritilmesi için kullanılır. Günümüzde dökme demir, çoğu endüstriyel üretim türü de dahil olmak üzere insan faaliyetinin çeşitli alanlarında kullanılmaktadır.

Çeşitli demir bazlı alaşımlar daha az kullanılmaz; mukavemeti ve korozyon önleyici özellikleri nedeniyle en yaygın kullanılanı çeliktir.

Dökme demir, çelik ve diğer çeşitli demir alaşımları aşağıdaki alanlarda kullanılır:

1. Çeşitli makine ve cihazların üretimi için makine mühendisliği.
2. Otomotiv endüstrisi, motorların, gövdelerin, çerçevelerin yanı sıra diğer bileşenlerin ve parçaların üretimi için.
3. Askeri ve füze endüstrisi, özel teçhizat, silah ve füzelerin üretiminde.
4. Takviye elemanı olarak inşaat veya yük taşıyan yapıların inşası.
5. Hafif ve gıda endüstrileri, konteynerler, üretim hatları, çeşitli üniteler ve cihazlar.
6. Madencilik sektörü, özel makine ve ekipman olarak.

Demir cevheri yatakları

Dünyadaki demir cevheri rezervleri miktar ve yer bakımından sınırlıdır. Maden rezervlerinin biriktirildiği bölgelere yatak denir. Bugün demir cevheri yatakları aşağıdakilere ayrılmıştır:

1. Endojen. Yer kabuğunda genellikle titanomagnetit cevherleri şeklinde özel bir konumla karakterize edilirler. Bu tür kapanımların şekilleri ve yerleri çeşitlidir; mercekler, yer kabuğunda birikintiler şeklinde yer alan katmanlar, volkanik birikintiler, çeşitli damarlar ve diğer düzensiz şekiller şeklinde olabilirler.
2. Ekzojen. Bu tür, kahverengi demir cevheri yataklarını ve diğer tortul kayaçları içerir.
3. Metamorfojenik. Kuvarsit yataklarını içerir.

Bu tür cevher yatakları gezegenimizin her yerinde bulunabilir. En fazla sayıda mevduat Sovyet sonrası cumhuriyetlerin topraklarında yoğunlaşmıştır. Özellikle Ukrayna, Rusya ve Kazakistan.

Brezilya, Kanada, Avustralya, ABD, Hindistan ve Güney Afrika gibi ülkeler büyük demir rezervlerine sahiptir. Aynı zamanda, dünyadaki hemen hemen her ülkenin kendi gelişmiş yatakları vardır ve bunların kıtlığı durumunda, cins diğer ülkelerden ithal edilmektedir.

Demir cevheri zenginleştirme

Belirtildiği gibi birkaç çeşit cevher vardır. Zengin olanlar yer kabuğundan çıkarıldıktan hemen sonra işlenebilir, diğerlerinin zenginleştirilmesi gerekir. Zenginleştirme prosesine ek olarak cevher işleme, ayıklama, kırma, ayırma ve aglomerasyon gibi çeşitli aşamaları içerir.

Bugün birkaç ana zenginleştirme yöntemi vardır:

1. Kızarma.

Yüksek basınçlı su jetleri kullanılarak yıkanan kil veya kum formundaki yan ürünlerden cevherlerin temizlenmesi için kullanılır. Bu işlem, düşük tenörlü cevherdeki demir içeriği miktarının yaklaşık %5 oranında arttırılmasını mümkün kılmaktadır. Bu nedenle yalnızca diğer zenginleştirme türleriyle birlikte kullanılır.

1. Yerçekimi temizliği.

Yoğunluğu atık kayanın yoğunluğunu aşan ancak demir yoğunluğundan daha düşük olan özel tipteki süspansiyonlar kullanılarak gerçekleştirilir. Yerçekimi kuvvetlerinin etkisi altında, yan ürünler yukarıya doğru yükselir ve demir, süspansiyonun dibine düşer.

1. Manyetik ayırma.

Manyetik kuvvetlerin etkisinin cevher bileşenleri tarafından farklı düzeylerde algılanmasına dayanan en yaygın zenginleştirme yöntemi. Bu tür bir ayırma, kuru kaya, ıslak kaya veya bunların iki durumunun alternatif bir kombinasyonu ile gerçekleştirilebilir.

Kuru ve ıslak karışımları işlemek için elektromıknatıslı özel tamburlar kullanılır.

1. Flotasyon.

Bu yöntem için toz halindeki kırılmış cevher, özel bir madde (flotasyon reaktifi) ve hava ilavesiyle suya batırılır. Reaktifin etkisi altında demir, hava kabarcıklarına katılarak suyun yüzeyine yükselirken, atık kaya dibe çöker. Demir içeren bileşenler köpük halinde yüzeyden toplanır.

Demirin en önemli jeokimyasal özelliği çeşitli oksidasyon durumlarının varlığıdır. Nötr formdaki (metalik) demir dünyanın çekirdeğini oluşturur, muhtemelen mantoda bulunur ve yer kabuğunda çok nadiren bulunur. Demirli demir FeO, manto ve kabukta bulunan demirin ana formudur. Demir oksit Fe2O3, yer kabuğunun en üstteki, en oksitlenmiş kısımlarının, özellikle tortul kayaların karakteristiğidir.

Kristal kimyasal özellikleri açısından Fe2+ iyonu, tüm dünyevi kayaların önemli bir bölümünü oluşturan diğer ana elementler olan Mg2+ ve Ca2+ iyonlarına yakındır. Kristal kimyasal benzerliğinden dolayı demir, birçok silikatta magnezyumun ve kısmen de kalsiyumun yerini alır. Bu durumda değişken bileşimli minerallerdeki demir içeriği genellikle sıcaklığın azalmasıyla birlikte artar.

Demir mineralleri

Demir yer kabuğunda oldukça yaygındır - yer kabuğunun kütlesinin yaklaşık% 4,1'ini oluşturur (tüm elementler arasında 4. sırada, metaller arasında 2. sırada). Mantoda ve yerkabuğunda demir esas olarak silikatlarda yoğunlaşırken, içeriği bazik ve ultrabazik kayalarda önemli, asidik ve ara kayalarda ise düşüktür.

Demir içeren çok sayıda cevher ve mineral bilinmektedir. Cevherler, metalin endüstriyel olarak çıkarılmasının ekonomik olarak mümkün olduğu miktarlarda demir ve bileşikler içeren doğal minerallerdir. Endüstriyel cevherlerdeki demir içeriği %16'dan %70'e kadar geniş bir aralıkta değişmektedir. Demir cevherleri, kimyasal bileşimine bağlı olarak, doğal haliyle veya %50'den az Fe içeriyorsa zenginleştirmeden sonra dökme demirin ergitilmesinde kullanılır. Demir cevherlerinin çoğu dökme demir, çelik ve ferroalyajların eritilmesinde kullanılır. Nispeten küçük miktarlarda, doğal boyalar (koyu boya) ve kil çözeltilerinin delinmesi için ağırlıklandırma maddeleri olarak kullanılırlar.

Pratik açıdan en büyük öneme sahip olanlar kırmızı demir cevheri (hematit, Fe2O3; %70'e kadar Fe içerir), manyetik demir cevheri (manyetit, FeO.Fe2O3, Fe3O4; %72,4 Fe içerir), kahverengi demir cevheri veya limonittir (götit ve hidrogötit ve hidrogötit) , sırasıyla FeOOH ve FeOOH nH2O). Goetit ve hidrogoetit çoğunlukla hava koşullarına maruz kalan kabukta bulunur ve kalınlığı birkaç yüz metreye ulaşan “demir şapkalar” oluşturur. Ayrıca göllerdeki veya denizlerin kıyı bölgelerindeki kolloidal çözeltilerden dökülen tortul kökenli de olabilirler. Bu durumda oolitik veya baklagil demir cevherleri oluşur. Çoğunlukla siyah uzun kristaller ve radyal kümeler formunda olan vivianit Fe(3PO4)2·8H2O içerirler.

Demir sülfitler de doğada yaygındır - pirit FeS2 (kükürt veya demir pirit) ve pirotit. Bunlar demir cevheri değildir; pirit sülfürik asit yapmak için kullanılır ve pirotit sıklıkla nikel ve kobalt içerir.

Yaygın olarak bulunan diğer demir mineralleri:

· Siderit - FeCO3 - yaklaşık %35 demir içerir. Sarımsı beyaz (kirliyse gri veya kahverengi renkte) bir renge sahiptir.

· Markazit - FeS2 - %46,6 demir içerir. Sarı, pirinç benzeri, bipiramidal eşkenar dörtgen kristaller şeklinde oluşur.

· Löllingit - FeAs2 - %27,2 demir içerir ve gümüşi beyaz çift piramidal eşkenar dörtgen kristaller halinde oluşur.

· Mispickel -- FeAsS -- %34,3 demir içerir. Beyaz monoklinik prizmalar şeklinde oluşur.

· Melanterit - FeSO4·7H2O - doğada daha az bulunur ve camsı parlaklığa ve kırılganlığa sahip yeşil (veya safsızlıklar nedeniyle gri) monoklinik kristallerdir.

· Vivianit -- Fe3(PO4)2·8H2O -- mavi-gri veya yeşil-gri monoklinik kristaller formunda oluşur.

Yer kabuğu ayrıca daha az yaygın olan diğer demir minerallerini de içerir;