Propriétés
- Symbole atomique: Fe
- Numéro atomique: 26
- Catégorie de l'élément: Transition Metal
- Densité: 7.874g / cm 3
- Point de fusion: 2800 ° F (1538 ° C)
- Point d'ébullition: 2862 ° C (5182 ° F)
- La dureté de Moh: 4
Caractéristiques
Le fer pur est un métal argenté qui conduit bien la chaleur et l'électricité.
Le fer est trop réactif pour exister seul, de sorte qu'il se produit naturellement dans la croûte terrestre comme des minerais de fer, tels que l'hématite, la magnétite et la sidérite.
L'une des caractéristiques d'identification du fer est qu'il est fortement magnétique . Exposé à un fort champ magnétique, n'importe quel morceau de fer peut être magnétisé. Les scientifiques croient que le noyau de la terre est constitué d'environ 90% de fer. La force magnétique produite par ce fer est ce qui crée les pôles magnétiques Nord et Sud.
Histoire
Le fer a probablement été découvert et extrait à la suite de la combustion du bois sur des minerais contenant du fer. Le carbone dans le bois aurait réagi avec l'oxygène dans le minerai, laissant un métal de fer doux et malléable . La fusion du fer et l'utilisation du fer pour fabriquer des outils et des armes ont commencé en Mésopotamie (Iraq actuel) entre 2700 et 3000 avant JC. Au cours des 2000 années suivantes, les connaissances sur la fusion du fer s'étendirent vers l'est en Europe et en Afrique au cours d'une période connue sous le nom d'âge du fer.
À partir du XVIIe siècle, jusqu'à la découverte d'une méthode efficace de production d'acier au milieu du XIXe siècle, le fer était de plus en plus utilisé comme matériau de construction pour fabriquer des navires, des ponts et des bâtiments. La Tour Eiffel, construite en 1889, a été fabriquée en utilisant plus de 7 millions de kilogrammes de fer forgé.
Rouille
La caractéristique la plus gênante du fer est sa tendance à former de la rouille.
La rouille (ou oxyde ferrique) est un composé brun et friable produit lorsque le fer est exposé à l'oxygène. L'oxygène contenu dans l'eau accélère le processus de corrosion . Le taux de rouille - à quelle vitesse le fer se transforme en oxyde ferrique - est déterminé par la teneur en oxygène de l'eau et la surface du fer. L'eau salée contient plus d'oxygène que l'eau douce, c'est pourquoi l'eau salée rouille plus vite que l'eau douce.
La rouille peut être évitée en enrobant le fer avec d'autres métaux qui sont chimiquement plus attrayants pour l'oxygène, comme le zinc (le processus de revêtement du fer avec du zinc est appelé « galvanisation »). Cependant, la méthode la plus efficace de protection contre la rouille est l'utilisation de l'acier.
Acier
L'acier est un alliage de fer et de divers autres métaux, qui sont utilisés pour améliorer les propriétés (résistance, résistance à la corrosion, tolérance à la chaleur, etc.) du fer. Changer le type et la quantité d'éléments alliés au fer peut produire différents types d'acier.
Les aciers les plus courants sont:
- Les aciers au carbone, qui contiennent entre 0,5 et 1,5% de carbone. Ce sont les aciers les plus courants et sont utilisés pour les carrosseries automobiles, les coques de navires, les couteaux, les machines et tous les types de supports structurels.
- Aciers faiblement alliés contenant de 1 à 5% d'autres métaux (souvent du nickel ou du tungstène ). L'acier au nickel est capable de résister à des tensions élevées et est donc souvent utilisé dans la construction de ponts et pour la fabrication de chaînes de bicyclettes. Les aciers au tungstène conservent leur forme et leur résistance dans des environnements à haute température et sont utilisés dans des applications rotatives à percussion, telles que des forets.
- Les aciers fortement alliés, qui contiennent de 12 à 18% d'autres métaux, ne sont utilisés que dans des applications spécialisées en raison de leur coût élevé. Un exemple d'acier fortement allié est l'acier inoxydable, qui contient souvent du chrome et du nickel, mais qui peut également être allié avec divers autres métaux. L'acier inoxydable est très résistant et très résistant à la corrosion.
Production
La plupart du fer est produit à partir de minerais trouvés près de la surface de la terre. Les techniques modernes d'extraction utilisent des hauts fourneaux, caractérisés par leurs hauts cheminées (structures semblables à des cheminées). Le fer est versé dans les piles avec du coke (charbon riche en carbone) et du calcaire (carbonate de calcium). De nos jours, le minerai de fer subit normalement un processus de frittage avant d'entrer dans la pile. Ce processus forme des morceaux de minerai compris entre 10 et 25 mm, qui sont ensuite mélangés avec du coke et du calcaire.
Le minerai fritté, le coke et le calcaire sont ensuite versés dans l'empilement où il brûle à des températures de 1800 ° C. Le coke brûle comme source de chaleur et, avec l'oxygène qui est injecté dans le four, aide à former le monoxyde de carbone du gaz réducteur. Le calcaire se mélange avec des impuretés dans le fer pour former des scories. Les scories étant plus légères que le minerai de fer fondu, elles remontent à la surface et peuvent facilement être éliminées. Le fer chaud est ensuite versé dans des moules pour produire de la fonte ou directement préparé pour la production d'acier.
Le fer à repasser contient encore entre 3,5 et 4,5% de carbone, ainsi que d'autres impuretés, et il est fragile et difficile à travailler. Divers procédés sont utilisés pour abaisser les impuretés de phosphore et de soufre dans la fonte afin de produire de la fonte. Le fer forgé, qui contient moins de 0,25% de carbone, est résistant, malléable et facilement soudable, mais il est beaucoup plus laborieux et coûteux à produire que l'acier à faible teneur en carbone.
En 2010, la production mondiale de minerai de fer était d'environ 2,4 milliards de tonnes. La Chine, le plus gros producteur, représentait environ 37,5% de toute la production, tandis que les autres grands pays producteurs comprenaient l'Australie, le Brésil, l'Inde et la Russie.
Applications
Le fer était autrefois le principal matériau de structure, mais il a longtemps été remplacé par l'acier dans la plupart des applications. Néanmoins, la fonte est encore utilisée dans les tuyaux et pour fabriquer des pièces automobiles, telles que des culasses, des blocs-cylindres et des boîtiers de boîte de vitesses. Le fer forgé est encore utilisé pour produire des objets de décoration tels que des porte-bouteilles, des bougeoirs et des tringles à rideaux.
Les références
Rue, Arthur. & Alexander, WO 1944. Les métaux au service de l'homme . 11ème édition (1998).
L'Association internationale du fer de cochon.
Source: www.pigiron.org.uk
USGS. Sommaires des produits minéraux: fer et acier (2011).
Source: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/iron_&_steel