G
eležis yra ketvirtasis pagal paplitimą Žemės plutos elementas – Žemės
plutoje jos yra 4,7% masės. Gryna geležis sutinkama labai retai. Kai kurie
meteoritai sudaryti iš geležies. Grynos geležies aptikta Mėnulio grunte.
Manoma, kad daugiausiai geležies (kartu su nikeliu) yra Žemės branduolyje.
Svarbiausios geležies rūdos – magnetitas Fe3O4, hematitas – Fe2O3,
sideritas – FeCO3, limonitas – HFeO2 · nH2O, getitas – FeOOH. Rūda, turinti
daugiau kaip 50% geležies, vadinama sodria, 50-25% – vidutine, mažiau kaip
25% – skurdžia rūda. Vidutinė ir skurdi rūda sodrinama prieš dedant ją į
aukštakrosnę ketui gauti. Didžiausi geležies rūdų telkiniai yra
Australijoje, Brazilijoje, JAV, Indijoje, Kanadoje, Rusijoje.
Lietuvoje rasta magnetito intarpų netoli Marcinkonių. Pelkėse ir
upių, tekančių pelkėtomis vietomis, šlaituose rasta limonito. Nedideliais
kiekiais randama ir kitų geležies rūdų.
GELEŽIES GAVIMAS
Pirmiausia žmogus savo reikmėms panaudojo meteoritinę geležį. Tik II
tūkstantmetyje pr.Kr. jis išmoko geležį gauti iš rūdų. Senovėje geležis
buvo lydoma iš limonito. Geležis ir jos dirbiniai įvairiose pasaulio šalyse
pradėti naudoti ir gaminti įvairiu laiku: Mažojoje Azijoje, Egipte,
Mesopotamijoje, Užkaukazėje, Indijoje – XII – IX a.pr.Kr., Viduržemio jūros
pakrantėse – XII – X a.pr.Kr., Europoje – VIII – II a.pr.Kr.
Lietuvoje geležies amžiaus pradžia laikomas V a.pr.Kr. Vietinė
geležis pradėta gaminti maždaug I a., o iki to laiko geležinių dirbinių
turėta nedaug. Kaip ir anksčiau, įrankiai buvo daromi iš akmens, žalvario,
medžio, kaulo, rago. Tuo laikotarpiu jau atsirado piliakalnių. Juose rasta
židinių, krosnelių metalams lydyti, gynybinių įrengimų.
Iki XIV a. geležis iš rūdos buvo redukuojama medžio anglimi žaizdre,
į kurį buvo pučiamas oras dumplėmis, kai kur naudojo medinius stūmoklinius
siurblius. Vėliau atsirado šachtinės krosnys, o nuo XVI a. – aukštakrosnės.
Lietuvoje geležis buvo lydoma iki XIX a. Liejyklos XV a. veikė
Rūdininkų girioje, vėliau – Kražiuose, Linkmenų, Raseinių, Ukmergės
apylinkėse. Ilgainiui darbo įrankių reikėjo vis daugiau, todėl teko
tobulinti ir plėsti geležies gamybą.
Iš geležies rūdų pirmiausia gaminamas ketus, o iš jo lydomas
plienas.Ketus gaunamas aukštakrosnėse. Jos būna įvairių dydžių.
Aukštakrosnėse iš vidaus išklota kaitrai atspari medžiaga, iš viršaus
apdengta plieniniais lakštais. Be pertraukos veikia apie 5-10 metų. Ji
veikia priešpriešinės srovės principu. Kietos medžiagos – įkrova juda iš
viršaus žemyn, o dujų – iš apačios į viršų. Degimui reikalingas pakaitintas
iki 800-1200 oC oras teikiamas pūstuvais. Pastaruoju metu vartojamas
deguonimi įsodrintas oras arba deguonis. Degant koksui susidaro CO2, kuris
kildamas aukštyn reaguoja su įkaitinta anglimi:
CO2 + C ( 2CO
Karštas dujų mišinys teka pro įkrovą ir ją įkaitina. Iš įkrovos
išgaruoja drėgmė, redukuojama geležis ir kiti elementai, išsilydo metalas,
susidaro šlakas.
Geležis redukuojama anglimi, anglies(II) oksidu ir vandeniliu:
>570 oC
Fe2O3 ( Fe3O4 ( FeO ( Fe arba
<570 oC
Fe2O3 ( Fe3O4 ( Fe
Suminė lygtis:
Fe2O3 + 3CO ( 2Fe + 3CORedukcija vyksta viršutinėje aukštakrosnės dalyje. Redukuotoje
geležyje ištirpsta 3,5-4% anglies, šiek tiek Si, Mn, P. Toks lydinys yra
ketus. Jis nuteka į aukštakrosnės žaizdrą. Iš fliusų, susilydžiusių su kuro
pelenais. Neredukuota bergždžiąja uoliena ir oksidacijos produktais,
susidaro šlakas, kuris susirenka žaizdre ant metalo. Pro atskirus latakus
periodiškai išleidžiamas ketus ir šlakas.
Aukštakrosnėje gaunami tokie produktai: perdirbamasis, liejamasis
ketus, ferolydiniai, aukštakrosnės dujos ir šlakas. Tonai ketaus gauti
sunaudojama apie 2t rūdos, 0,65 t kokso, 3t oro. Be ketaus dar gaunama apie
0,5t šlako ir 3t aukštakrosnės dujų.
Europoje aukštakrosnės pradėtos statyti XIV a. viduryje.
Išlydytas ketus gryninamas Marteno, Besemerio aparatuose
konverteriniu būdu arba elektrinėse krosnyse. Didžioji priemaišų dalis
sudega – susidaro lakūs produktai, kurie patenka į atmosferą. Gautame
pliene anglies lieka apie 1%
Gryna geležis gaunama geležies oksidus redukuojant vandeniliu,
elektrolizuojant druskų tirpalus, termiškai skaidant kai kuriuos geležies
junginiu, pvz., geležies …………
Iš aukštakrosnėje ar konverteryje gauto šlako daroma skalda keliamas,
šlako vata, pemza, jo dedama į cementą, jis naudojamas kaip betonų
užpildas.
CHEMINĖS SAVYBĖS
Geležis yra vidutinio aktyvumo metalas. Junginiuose jai būdingi
oksidacijos laipsniai +2 ir +3.
Drėgname ore rūdija. Kaitinama reaguoja beveik su visais nemetalais:
3Fe + 2O2 ( Fe3O4 + Q
Fe + S ( FeS + Q
2Fe + 3Cl2 ( 2FeCl3 + Q
Reaguojant geležiai su nelabai aktyviais nemetalais – C, Si, N, P –
gali susidaryti junginiai, kietieji tirpalai arba sistemos, panašios į
metališkuosius junginius.
Geležis lengvai tirpsta stipriose praskiestose rūgštyse ir išstumia
vandenilį:Fe + 2H3O+ + 2Cl- ( Fe2+ + 2Cl- + H2 + 2H2O
Fe + 2H3O+ ( Fe2+ + H2 + 2H2OKoncentruotose azoto ir sieros rūgštyse ji netirpsta, nes
pasyvuojasi; reaguoja tik pakaitinus:
t
2Fe + 6H2SO4 ( Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Fe + 6HNO3 ( Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2OReaguojant praskiestai azoto rūgščiai su geležimi susidaro įvairių
produktų.
Įkaitinta geležis reaguoja su vandens garais:<570 oC
3Fe + 4H2O ( Fe3O4 + H2
>570 oC
Fe + H2O ( FeO + H2Geležis išstumia iš druskų tirpalų, esančius metalų įtampų eilėje į
dešinę nuo jos: