Železná ruda

Železo získané po prvý raz z rudy

V 16. stor. pred K., približne v rovnakom období objavili v Indii a Chetiti v Anatólií metódu tavenia železa z rudy. Dovtedy používané železo pochádzalo z meteoritov. Spracúvali ho kovaním a bolo pomerne vzácne (okolo r. 2290 pred K.).

Z kovov hrala od tých čias hlavnú úlohu meď (okolo r. 2820 pred K.). V peciach na tavenie medenej rudy bolo potrebné dosiahnuť teploty okolo 1100 0C. Surové železo sa však dá získať až pri teplote 1225 C, keď roztavený materiál prijíma zo vsádzky a z horiacich plynov uhlík. To sa vtedy nedalo dosiahnuť, preto železo vyrábali zdĺhavým spôsobom už pri teplotách nad 700 C. Slúžili na to malé pece vykopané v zemi, vyložené ohňovzdorným materiálom (hlinou alebo tehlami), ktoré sa plnili drevným uhlím a rudou. Železo v cestovitom stave zostávalo v spodnej časti pece, prikryté miskou, alebo sa odviedlo pomocou jarčekov do hlbšie vykopanej jamy. Takto získané hrudy železa vážili od 7 do 25 kg. Kujné železo alebo oceľ z nich získali viacnásobným nahrievaním a kovaním. Chetiti mali k dispozícii viaceré ložiská železných rúd. V Anatólii, v srdci Chetitskej ríše, prekvitalo hutníctvo a spracovanie železa na nástroje a zbrane, napr. oštepy.

Cesta k železným výrobkom

4. tisícročie pred K. : v Egypte sa používali úlomky meteoritického železa na zhotovovanie ozdobných predmetov.
Okolo r. 3000 pred K.: Egyptskí kováči zhotovovali z meteoritického železa prvé kovové šperky.
Okolo r. 2550 pred K.: do Chufevovej pyramídy pri Gíze bol uložený kus meteoritického železa ako vzácny stavebný prvok.
Po r. 2500 pred K.: v starej Indii kuli meteoritické železo.
Okolo r. 2000 pred K.: Babylončania spracúvali meteoritické železo na odolné nástroje.
Okolo r. 1750 pred K.. Egypťania po prvý raz priviezli železnú rudu z Núbie.
Okolo r. 1660 pred K.: v Babylone robili prvé systematické pokusy s tavením železnej rudy.
Okolo r. 1510 pred K.: v starej Indii a v Chetitskej ríši už existovalo rozvinuté spracovanie železa od hutníctva po výrobu nástrojov a zbraní.
Okolo r. 700 pred K.: Mestá Trója a Ugarit sa stali významnými centrami obchodu so železom.
Okolo r. 600 pred K.: v Číne sa podarilo vyrobiť surové železo. Čínske železné rudy mali tú osobitosť, že boli veľmi bohaté na fosfor a tavili sa už pri nižších teplotách než európske a mezopotámske rudy.

Vysoká pec, výroba železa

Okolo r. 700. V dnešnom severovýchodnom Španielsku objavili „vysokú pec“ na hutnícku výrobu železa (katalánska taviaca pec). Predtým, ako bola uvedená do prevádzky táto novinka, v Európe sa tavilo železo v nízkych peciach. Princíp sa zakladal na tom, že železná ruda sa jednoducho položila na vrstvu žeravého drevného uhlia a k ohňu sa privádzal vzduch buď ťahom alebo mechmi, aby sa siahli vyššie teploty. Katalánska taviaca pec bola postavená do výšky. Pozostávala z krátkej šachty, vymurovanej z kameňa. V spodnej časti bola vrstva horiaceho drevného uhlia. Zhora sa do šachty sádzala železná ruda. Cez otvor pod vrstvou drevného uhlia sa dal do pece vháňať vzduch mechmi. Prednosť tejto „vysokej pece“ spočívala v tom, že sa naraz dalo spracovať väčšie množstvo železnej rudy. Lenže ani v tomto type pece sa nedosiahli také vysoké teploty, pri ktorých by sa tavilo tekuté železo.ŽELEZO Fe, Ferrum

Charakteristika: Je to chemický prvok VIII.B skupiny periodickej sústavy (spolu s kobaltom a niklom patria do triády železa). Slovenský názov pochádza z praslovančiny. Železo je najrozšírenejší ťažký kov na Zemi. V zemskej kôre sa nachádza takmer vždy v podobe zlúčenín s inými prvkami, zemské jadro však pozostáva zväčša z čistého železa. Rudy vhodné na jeho výrobu sú najmä oxidy: hematit (krveľ), magnetit (magnetovec) a limonit (hnedeľ) a uhličitan siderit (ocieľok). V technickej praxi používané železo nie je čistým kovom, ale zliatinou železa s uhlíkom. Okrem uhlíka obsahuje technické železo mnoho iných prvkov, ako kremík, mangán, fosfor, ktoré spolu určujú jeho fyzikálne vlastnosti.

Príprava technických druhov železa sa rozdeľuje na dve fázy: Prvá: redukcia rudy na kov (surové železo); Druhá: čistenie železa a jeho úprava na zliatinu požadovaných vlastností (kujné železo a oceľ). Prvý proces, hutnícke spracovanie železa, prebieha vo vysokých peciach. Takto vyrobené surové železo je krehké a nie je kujné.

Druhý proces, skujňovanie, sa robí podľa Siemensovho-Martinovho a konvertorového spôsobu. Chemicky čisté železo sa vyrába termickým rozkladom pentakarbonylu železa. Laboratórne sa pripravuje redukciou čistého oxidu železitého vodíkom alebo elektrolýzou vodných roztokov železnatých solí. Železo je kov neušľachtilý, lesklosivý, nie veľmi tvrdý, teplota topenia 1535°C, teplota varu 3000°C. Známe je vo dvoch alotropických modifikáciách. Pod teplotou 768°C sa v magnet. poli stáva silne magnetický. Jeho chemická reaktivita závisí od jemnosti častíc. Vo veľmi jemne rozptýlenom stave je pyroforické. Kompaktné železo reaguje so suchým vzduchom až pri zahrievaní nad 150°C. Pri žíhaní vzniká oxid železnato-železitý. Za horúca sa dobre zlučuje s chlórom, so sírou a fosforom; s dusíkom sa priamo nezlučuje. Prejavuje silnú tendenciu zlučovať sa s uhlíkom a s kremíkom, resp. sa s nimi zlievať. Železo má veľkú afinitu ku kyslíku. Na vlhkom vzduchu hrdzavie, t. j. na svojom povrchu sa postupne mení na oxidohydroxid železitý. Železné predmety sa chránia pred hrdzavením pokovovaním ich povrchu napr. zinkom, cínom, chrómom, niklom alebo farebným náterom. Mimoriadne účinná je ochrana železa premenou jeho povrchu na fosforečnan železnatý (fosfatizácia). V zriedených kyselinách sa železo rozpustí. za vzniku vodíka, vznikajú železnaté soli. V zlúčeninách s inými prvkami je železo známe v oxid. stupni -II, -I, 0, I, II, III, IV, V, VI. Železo vystupuje v zlúčeninách zväčša v oxid. stupni II a III. Železnaté soli sa pripravujú rozpúšťaním železa v príslušných kyselinách. Hydratované železnaté katióny sú zelené. Železnaté soli sa vo vodnom roztoku čiastočne hydrolyzujú. Z roztoku kryštalizujú obyčajne ako hydráty. Na vzduchu nie sú celkom stále. Majú redukčné vlastnosti. Železité soli sa pripravujú oxidáciou príslušných železnatých solí alebo rozp. čerstvo zrážaného hydroxidu železitého v príslušných kyselinách. Hydratované železité katióny sú bezfarebné. Železité soli sa vo vodnom roztoku čiastočne hydrolyzujú. Produkty hydrolýzy sú sfarbené do žlta až do hneda. Železité soli majú oxidačné vlastnosti, napr. jodidový anión oxiduje v kyslom prostredí kvantitatívne na jód, čo sa využíva na kvantitatívne stanovenie Fe. K najznámejším komplexným zlúčeninám železa patria:hexakyanoželezitan a hexakyanoželeznatan draselný.

Zlúčeniny: hydroxid železnatý, hydroxid železitý, oxid železnatý, oxid železnato-železitý, oxid železitý, pentakarbonyl železa, sírnik železnatý, dvojsírnik železnatý, chlorid železitý, síran železnatý, síran železnato-amónny, železany.

Využitie: Železo je jedným z najvýznamnejších kovov súčasnej techniky. Jeho ročná spotreba je vyše 200 miliónov ton, najmä vo forme ocele, resp. špeciálnych ocelí, ako kremíkové ocele, mangánové ocele, invarová oceľ, rýchlorezné ocele, nehrdzavejúce ocele, samokaliteľné ocele a pod.