Geležis 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 + 3CO
Redukcija 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 + 2H2O
Koncentruotose 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 + 3H2O
Reaguojant 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 + H2
Geležis išstumia iš druskų tirpalų, esančius metalų įtampų eilėje į dešinę nuo jos: