Геохимия железа

ученика 9 «Б» класса

Раевского Георгия

Железо – не только самый главный металл окружающей нас природы, – оно основа культуры и промышленности, оно орудие войны и мирного труда. И трудно во всей таблице Менделеева найти другой элемент, который был бы так связан с прошлыми, настоящими и будущими судьбами человечества.

Академик Александр Евгеньевич Ферсман, выдающийся советский геохимик, минералог, географ и путешественник

Что такое геохимия?

Римский писатель-эрудит, автор «Естественной истории» Плиний-старший писал: «Железорудные копи доставляют человеку превосходнейшее орудие. Ибо сим орудием прорезываем мы землю, обрабатываем плодовитые сады и, обрезая дикие лозы с виноградом, понуждаем их каждый год юнеть. Сим орудием выстраиваем дома, разбиваем камни и употребляем железо на все подобные надобности».

Полезные ископаемые, в том числе и железо, ценились не только в начале христианской эры, во времена Плиния. В наш век, немыслимый без научно-технических разработок и развитой промышленности, их значение возросло еще больше. Но для того, чтобы человечество получало необходимые элементы в достаточном количестве, их необходимо постоянно добывать. А для этого нужно знать закономерности распределения химических элементов на планете Земля.

Изучением этих закономерностей занимают различные науки, среди которых ведущее место занимает геохимия - наука о химическом составе Земли, законах распределения элементов и их изотопов и о процессах формирования горных пород, почв и и природных вод. (Если кому интересно, то такими же изысканиями во внеземном пространстве занимается наука космохимия). Поскольку химические элементы содержатся в земной коре в виде руд и минералов, геохимия с одной стороны – родная сестра химии, а с другой – тесно соприкасается с геологией. А одной из главных областей геологии является изучение размещения полезных ископаемых в земной коре. Поэтому геохимию часто рассматривают как некую гибридную научную область, возникшую на границе геологии и химии. Так что отчасти будет справедливым такое «уравнение»: «геохимия = геология + химия» – но только отчасти.

Термин «геохимия» появился в последней четверти XIX века. Предположительно, в научный обиход его ввел один из первых профессиональных геохимиков – американский ученый Франк Кларк (1847-1931), которого называют отцом геохимии.

Одним из основателей современной геохимии по праву считается и выдающийся русский ученый В. И. Вернадский. В 1927 году он так расшифровал содержание этой науки: «Геохимия изучает химические элементы, то есть атомы земной коры и, насколько возможно, всей планеты. Она изучает их историю, их распределение и движение в пространстве-времени, их генетические на нашей планете соотношения».

В настоящее время наиболее распространенный взгляд на предмет и содержание геохимии таков: современная геохимия изучает распределение и содержание химических элементов в минералах, рудах, породах, почвах, водах и атмосферную циркуляцию элементов в природе на основе свойств их атомов и ионов.

Железо - один из самых распространённых элементов в Солнечной системе, особенно на планетах земной группы, в частности, на Земле. Значительная часть железа планет земной группы находится в ядрах планет, в том числе Земли, где его содержание достигает 90%. Содержание железа в земной коре составляет от 4 до 5%, а в мантии около 12 %. Из металлов железо уступает по распространённости в коре только алюминию. При этом в ядре находится около 86% всего железа, а в мантии 14%.

Содержание железа значительно повышается в изверженных породах основного состава, где оно связано с пироксеном, амфиболом, оливином и биотитом. В промышленных концентрациях железо накапливается в течение почти всех экзогенных и эндогенных процессов, происходящих в земной коре. В морской воде железо содержится в очень малых количествах 0,002 – 0,02 мг/л. В речной воде несколько выше – 2 мг/л.

Большую роль железо играет в биосфере, так как атом железа входит в состав гемоглобина – белка красных клеток крови у высших организмов. Гемоглобин участвует в доставке кислорода к тканям и клеткам.

Считается, что железо вместе с никелем, кобальтом и кислородом (по другой теории – водородом) входит в состав земного ядра. Давление в центре Земли колоссальное (около 3 миллионов атмосфер), и свойства этих элементов, в том числе и железа должны стать необычными. Ученые полагают, что при таких сжатиях водород становится металлом, а электронная структура атомов железа и других металлов (прежде всего, внешние электронные оболочки) может сильно изменяться. Однако, хотя фантасты уже много раз описали путешествие к центру Земли, непосредственно состав земного ядра мы изучить не можем: геохимики судят о нем на основе косвенных данных.

Геохимические свойства железа

Важнейшая геохимическая особенность железа - наличие у него нескольких степеней окисления. Железо в нейтральной форме - металлическое - слагает ядро земли, возможно, присутствует в мантии и очень редко встречается в земной коре. Закисное железо FeO - основная форма нахождения железа в мантии и земной коре. Окисное железо Fe2O3 характерно для самых верхних, наиболее окисленных, частей земной коры, в частности, осадочных пород.

По кристаллохимическим свойствам ион Fe2+ близок к ионам Mg2+ и Ca2+ - другим главным элементам, составляющим значительную часть всех земных пород. В силу кристаллохимического сходства железо замещает магний и, частично, кальций во многих силикатах. При этом содержание железа в минералах переменного состава обычно увеличивается с уменьшением температуры.

Минералы железа

В земной коре железо распространено достаточно широко - на его долю приходится около 4,1 % массы земной коры (4-е место среди всех элементов, 2-е среди металлов). В мантии и земной коре железо сосредоточено главным образом в силикатах, при этом его содержание значительно в основных и ультраосновных породах, и мало - в кислых и средних породах.

Известно большое число руд и минералов, содержащих железо. Рудами называются природные минералы, содержащие железо в таких количествах и соединениях, при которых промышленное извлечение из них металла экономически целесообразно. Содержание железа в промышленных рудах изменяется в широких пределах – от 16 до 70%. В зависимости от химического состава железные руды применяются для выплавки чугуна в естественном виде или, если они содержат менее 50% Fe, после обогащения. Бóльшая часть железных руд используется для выплавки чугунов, сталей, а также ферросплавов. В относительно небольших количествах они используются в качестве природных красок (охры) и утяжелителей буровых глинистых растворов.

Наибольшее практическое значение имеют красный железняк (гематит, Fe2O3; содержит до 70 % Fe), магнитный железняк (магнетит, FeO.Fe2O3, Fe3O4; содержит 72,4 % Fe), бурый железняк или лимонит (гётит и гидрогётит и гидрогётит, соответственно FeOOH и FeOOH·nH2O). Гётит и гидрогётит чаще всего встречаются в коре выветривания, образуя так называемые «железные шляпы», мощность которых достигает несколько сотен метров. Также они могут иметь осадочное происхождение, выпадая из коллоидных растворов в озёрах или прибрежных зонах морей. При этом образуются оолитовые, или бобовые, железные руды. В них часто встречается вивианит Fe(3PO4)2·8H2O, имеющий форму чёрных удлинённых кристаллов и радиально-лучистых агрегатов.

В природе также широко распространены сульфиды железа - пирит FeS2(серный или железный колчедан) и пирротин. Они не являются железной рудой - пирит используют для получения серной кислоты, а пирротин часто содержит никель и кобальт.

Другие часто встречающиеся минералы железа:

· Сидерит - FeCO3 - содержит примерно 35 % железа. Обладает желтовато-белым (с серым или коричневым оттенком в случае загрязнения) цветом.

· Марказит - FeS2 - содержит 46,6 % железа. Встречается в виде жёлтых, как латунь, бипирамидальных ромбических кристаллов.

· Лёллингит - FeAs2 - содержит 27,2 % железа и встречается в виде серебристо-белых бипирамидальных ромбических кристаллов.

· Миспикель - FeAsS - содержит 34,3 % железа. Встречается в виде белых моноклинных призм.

· Мелантерит - FeSO4·7H2O - реже встречается в природе и представляет собой зелёные (или серые из-за примесей) моноклинные кристаллы, обладающие стеклянным блеском, хрупкие.

· Вивианит - Fe3(PO4)2·8H2O - встречается в виде сине-серых или зелено-серых моноклинных кристаллов.

В земной коре содержатся и другие, менее распространенные минералы железа, например:

Основные месторождения железных руд

Основные месторождения железа находятся в Австралии, Бразилии, Венесуэле, Индии, Канаде, Либерии, России, США, Франции, Швеции.

Россия по запасам железных руд занимает одно из первых мест в мире.

Главные месторождения железной руды на геологической карте мира

Интересный геохимический факт:

Очень немногие элементы встречаются в природе в свободном виде. В такой форме они называются самородными. Металлы и большинство неметаллов вступают в соединение с другими элементами, особенно с кислородом, очень легко. Поэтому в земной коре они почти всегда находятся в связанном виде, в составе разных соединений. Железо является элементом весьма активным, легко окисляющимся, особенно в присутствии влаги. Однако в природе встречается самородное железо. Этослучай совершенно исключительный, потому что железо в самородном виде попадает в земную кору в составе метеоритов.

А вот что рассказывает в популярной книге о геохимии железа академик Ферсман:

«Железо принадлежит к важнейшим металлам мироздания. Мы видим его линии во всех космических телах, они сверкают нам в атмосферах раскаленных звезд, мы видим бурные атомы железа, мятущиеся на солнечной поверхности, они падают к нам ежегодно на землю в виде тонкой космической пыли, в виде железных метеоритов. В штате Аризона, в Южной Африке, у нас в бассейне Подкаменной Тунгуски упали грандиозные массы самородного железа, этого важнейшего металла мироздания. Геофизики утверждают, что весь центр Земли состоит из массы никелистого железа, и что наша земная кора есть такая же окалина, как те стекловидные шлаки, которые вытекают из доменной печи во время выплавки чугуна.

…Геохимики раскрывают нам историю железа. Они говорят о том, что даже земная кора на 4,2% состоит из железа, что из металлов только алюминия больше в окружающей нас природе, чем железа. Мы знаем, что оно входит в состав тех расплавленных масс, которые в виде оливиновых и базальтовых пород застывают в глубинах как самые тяжелые и первозданные породы. железо геохимия минерал месторождение

Мы знаем, что сравнительно мало железа остается в гранитных породах, о чнм говорят их светлые – белые, розовые, зеленые – краски. Но на земной поверхности сложные химические реакции всё же накапливают огромные запасы железной руды. Одни из них образуются в субтропиках, там, где периоды тропических дождей сменяются яркими солнечными днями знойного лета, где все растворимое вымывается из горных пород, и образуются большие скопления – корки руд железа и алюминия.

Мы знаем, как на дно озер северных стран, например, нашей Карелии, бурные воды, содержащие органическое вещество, приносят весной огромные количества железа из разных горных пород; на дне озер, куда стекают воды, осаждаются горошинки или целые стяжения железа при участии особых железных бактерий… Так, в болотах, морских глубинах, в течении долгой геологической истории нашей Земли образовались скопления железных руд; и нет никакого сомнения, что в ряде случаев животная и растительная жизнь оказала свое влияние на образование этих месторождений.

Так образовались крупные Керченские месторождения; так образовались, по всей вероятности, и огромные запасы железных руд Кривого Рога и Курской магнитной аномалии.

Руды этих двух последних месторождений так давно были отложены водами древних морей, что горячее дыхание глубин успело изменить их строение, и вместо бурых железняков, как в Керчи, мы видим здесь измененные черные руды, состоящие из железного блеска (гематита, или красного железняка) и магнитного железняка.

Странствование железа не прекращается на земной поверхности. Правда, в морской воде его накапливается очень мало; и правильно говорят, что эта вода почти не содержит железа. Однако в особых, исключительных условиях даже в море, в мелководных заливах отлагаются железистые осадки, целые железорудные залежи, которые встречаются и в ряде древних морских отложений. Так образовались наши знаменитые железорудные месторождения на Украине близ Хопра, Керчи и Аяти. Но на земной поверхности – в ручьях, реках, озерах, болотах – всюду странствует железо; и растения всегда находят для себя этот важный химический элемент, без которого невозможна растительная жизнь. Попробуйте лишить железа горшочек с цветами, и вы увидите, что цветы скоро потеряют свои краски и запах, листья сделаются желтыми, начнут сохнуть…

…Так в растении, в живом организме завершается круговорот железа на земле, и красные кровяные шарики в крови человека являются одним из последних этапов в странствовании этого металла, без которого нет ни жизни, ни мирного труда».

Будущее железа

Железный век - эпоха, начавшаяся еще в первобытной истории человечества, когда возникла металлургия железа и изготовление железных орудий – продолжается. Примерно всех девяносто всех используемых человечеством металлов и сплавов сделаны на основе железа. Железа выплавляется в мире примерно в 50 раз больше, чем алюминия, не говоря уже о прочих металлах. Пластмассы? Но они в наше время чаще всего выполняют в различных конструкциях иные функции, а если уж их в соответствии с традицией пытаются ввести в ранг «незаменимых заменителей», то чаще всего они заменяют цветные металлы, а не черные. На замену стали идут лишь несколько процентов потребляемых нами пластиков.

Сплавы на основе железа универсальны, технологичны, доступны и в массе – дешевы. Сырьевая база этого металла тоже не вызывает опасений: уже разведанных запасов железных руд людям пока хватает. Кроме того, ученые уверены, что открытия, которые будут сделаны в области геохимии железа(а в дальнейшем – и космохимии железа), дадут человечеству новые источники этого незаменимого элемента. Исследования в этой области геохимии необходимы, потому что железо можно без преувеличения назвать фундаментом нашей цивилизации.

Литература

1) Википедия, статья «Железо»

2) Большая Советская Энциклопедия, статья «Железные руды»

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

Железо - самый распространенный после алюминия металл на земном шаре; оно составляет около 5% земной коры. Встречается железо в виде различных соединений: оксидов, сульфидов, силикатов. В свободном виде железо находят в метеоритах, изредка встречается самородное железо (феррит) в земной коре как продукт застывания магмы.

Железо входит в состав многих минералов, из которых слагаются месторождения железных руд.

Основные рудные минералы железа:

Гематит (железный блеск, красный железняк) - Fe 2 O 3 (до 70% Fe);

Магнетит (магнитный железняк) - Fe 3 O 4 (до 72,4% Fe);

Гетит - FeOOH

Гидрогетит - FeOOH*nH 2 O (лимонит) - (около 62% Fe);

Сидерит - Fe(CO 3) (около 48,2% Fe);

Пирит - FeS 2

Месторождения железных руд образуются в различных геологических условиях; с этим связано разнообразие состава руд и условий их залегания. Железные руды разделяются на следующие промышленные типы:

Бурые железняки - руды водной окиси железа (главный минерал - гидрогетит), 30-55% железа.

Красные железняки, или гематитовые руды (главный минерал - гематит, иногда с магнетитом), 51-66% железа.

Магнитные железняки (главный минерал - магнетит), 50-65% железа.

Сидеритовые или карбонатные осадочные руды, 30-35% железа.

Силикатные осадочные железные руды, 25-40% железа.

Большие запасы железных руд находятся на Урале, где целые горы (например Магнитная, Качканар, Высокая и др.) образованы магнитным железняком. Большие залежи железных руд имеются вблизи Курска, на Кольском полуострове, в Западной и Восточной Сибири, на дальнем Востоке. Богатые залежи имеются на Украине.

Железо является также одним из наиболее распространенных элементов в природных водах, где среднее содержание его колеблется в интервале 0,01-26 мг/л.

Животные организмы и растения аккумулируют железо. Активно аккумулируют железо некоторые виды водорослей, бактерии.

В теле человека содержание железа колеблется от 4 до 7г (в тканях, крови, внутренних органах). Железо поступает в организм с пищей. Суточная потребность взрослого человека в железе составляет 11-30мг. В основных пищевых продуктах содержится следующее количество железа (в мкг/100г.):

Молоко - 70

Картофель, овощи, фрукты - от 600 до 900

II . Техногенные источники поступления железа в окружающую среду.

В зонах металлургических комбинатов в твердых выбросах содержится от 22000 до 31000 мг/кг железа.

В прилегающие к комбинатам почвы поступает до 31-42 мг/кг железа. Вследствие этого железо накапливается в огородных культурах.

Много железа поступает в сточные воды и шламы от производств: металлургического, химического, машиностроительного, металлообрабатывающего, нефтехимического, химико-фармацевтического, лакокрасочного, текстильного.

Пыль, дым промышленных производств могут содержать большие количества железа в виде аэрозолей железа, его оксидов, руд.

Пыль железа или его оксидов образуется при заточке металлического инструмента, очистке деталей от ржавчины, прокате железных листов, электросварке и при других производственных процессах, в которых имеют место железо или его соединения.

Железо может накапливаться в почвах, водоемах, воздухе, живых организмах.

Основные минералы железа подвергаются в природе фотохимическому разрушению, комплексообразованию, микробиологическому выщелачиванию, в результате чего, железо из труднорастворимых минералов переходит в водные объекты.

Окисление сульфидов можно описать в общем виде на примере пирита следующими микробиологическими и химическими процессами:

Как видно, при этом образуется еще один загрязняющий поверхностные воды компонент - серная кислота.

О масштабах ее микробиологического образования можно судить по такому примеру. Пирит - обычный примесный компонент угольных месторождений, и его выщелачивание приводит к закислению шахтных вод. По одной из оценок, в 1932г. в реку Огайо (США) с шахтными водами поступило около 3 млн. тонн H 2 SO 4 .

Микробиологическое выщелачивание железа осуществляется не только за счет окисления, но и при восстановлении окисленных руд. В нем принимают участие микроорганизмы, относящиеся к разным группам. В частности, восстановление Fe 3+ до Fe 2+ осуществляют представители родов Bacillus и Pseudomonas, а так же некоторые грибы.

Упомянутые здесь широко распространенные в природе процессы протекают так же в отвалах горнорудных предприятий, металлургических комбинатов, производящих большое количество отходов (шлаки, огарки и т.п.).

С дождевыми, паводковыми и грунтовыми водами высвобождающиеся из твердых матриц металлы переносятся в реки и водоемы. Железо находится в природных водах в разных состояниях и формах: в истинно растворенной форме входят в состав донных отложений и гетерогенных систем (взвеси и коллоиды).

Донные отложения рек и водоемов выступают в качестве накопителя железа. При определенных условиях железо может высвобождаться из них, в результате чего происходит вторичное загрязнение воды.

III . Химические свойства железа, его основные соединения.

Железо - элемент VIII группы периодической системы. Атомный номер 26, атомный вес 55,85 (56). Конфигурация внешних электронов атома 3d 6 4s 2 .

По химическим свойствам железо как переходный элемент близок к соседним элементам той же группы периодической системы - никелю и кобальту.

В соединениях железо чаще 2-х и 3-х валентно, но известны также валентности 1, 4 и 6.

Для высших валентных состояний железа характерны кислотные свойства. Железо, особенно 3-х валентное, склонно к комплексообразованию. В химическом отношении железо - металл средней активности. В сухом воздухе при нагревании до 150-200 о на поверхности компактного железа образуется тонкая защитная окисная пленка, предохраняющая его от дальнейшего окисления.

Во влажном воздухе железо быстро ржавеет, т.е. покрывается бурым налетом гидратированного оксида железа, который вследствие своей рыхлости не защищает железо от дальнейшего окисления.

В воде железо интенсивно корродирует. При обильном доступе кислорода при этом образуются гидратные формы оксида железа:

При недостатке кислорода или при его затрудненном доступе образуется смешанный оксид Fe 3 O 4 (Fe 2 O 3 . FeO):

При взаимодействии железа с галогенами или галогеноводородами образуются галогениды железа.

Железо растворяется в соляной кислоте любой концентрации.

Аналогично происходит растворение в разбавленной серной кислоте:

В концентрированных растворах серной кислоты Fe(II) окисляется до Fe(III):

Однако в серной кислоте, концентрация которой близка к 100%, железо становится пассивным и взаимодействие практически не происходит.

В разбавленных и умеренно концентрированных растворах азотной кислоты железо растворяется:

При высоких концентрациях HNO 3 растворение замедляется и железо становится пассивным.

Для железа характерны два ряда соединений: соединения Fe(II) и соединения Fe(III). Первые отвечают оксиду железа (II), или закиси железа FeO; вторые - оксиду железа (III), или окиси железа Fe 2 O 3 .

Кроме того известны соли железной кислоты H 2 FeO 4 , в которой степень окисленности железа +6.

Основные соединения железа ( II ).

Железный купорос - FeSO 4 . 7H 2 O - светло-зеленые кристаллы, хорошо растворимые в воде.

Гидроксид железа (II) - Fe(OH) 2 - белый осадок, который на воздухе вследствие окисления быстро принимает зеленоватую, а затем бурую окраску, переходя в Fe(OH) 3 .

Оксид железа FeO, черный, легко окисляющийся порошок.

Карбонат железа FeCO 3 . При действии воды, содержащей CO 2 , карбонат железа, подобно карбонату кальция, частично переходит в более растворимую кислую соль Fe(HCO 3) 2 . В виде этой соли железо содержится в природных железных водах.

Соли железа (II) легко могут быть переведены в соли железа (III) действием различных окислителей, например: HNO 3 , KMnO 4 , Cl 2 и др.

Например:

Ввиду способности легко окисляться, соли железа (II) часто применяются как восстановители.

Основные соединения железа ( III ).

Хлорид железа FeCl 3 - темно-коричневые с зеленым отливом кристаллы. Сильно гигроскопичное вещество.

Сульфат железа Fe 2 (SO 4) 3 - очень гигроскопичные, расплывающиеся на воздухе белые кристаллы. Образуют кристаллогидрат Fe(SO 4) 3 . 9H 2 O (желтые кристаллы). В водных растворах сульфат железа (III) сильно гидролизован.

Железо-аммонийные квасцы (NH 4)Fe(SO 4) 2 . H 2 O - хорошо растворимые в воде светло-фиолетовые кристаллы.

Гидроксид железа (III) Fe(OH) 3 , более слабое основание, чем Fe(OH) 2 .

Соли железа (III) сильно гидролизуются.

Характерной реакцией, отличающей соли железа (III) от солей железа (II), служит действие роданида калия KCNS (или роданида аммония) - появляется кроваво-красная окраска роданида железа (III) - Fe(CNS) 3 .

Ионы железа (II) с роданидами не дают этой окраски.

Цианистые соединения железа.

Гексациано (II) феррат калия K 4 . 3H 2 O - светло-желтые кристаллы. Эта соль называется желтой кровяной солью. Раствор ее не дает реакции, характерной для ионов Fe(II). Но с ионами Fe(III) желтая кровяная соль взаимодействует с образованием нерастворимой соли синего цвета - берлинской лазури:

Гексациано (III) феррат калия K 3 - красная кровяная соль, темно красные кристаллы (безводные).

Красная кровяная соль - реактив на ионы Fe(II), с которыми она образует синий осадок, так называемой турнбулевой сини.

IV . Вредные соединения железа, источники их поступления в окружающую среду, свойства, поражающее действие, ПДК, способы очистки.

В воздух рабочей зоны на металлургических, металлообрабатывающих предприятиях поступает пыль, аэрозоли из частиц железа и его соединений. При воздействии на кожу возможны аллергические дерматиты, при вдыхании такого воздуха происходит раздражение дыхательных путей, разрушение легких, плевры, нарушения функции печени, желудочные заболевания. Поэтому установлено ПДК (Предельно Допустимая Концентрация) для железосодержащих частиц в воздухе рабочей зоны в зависимости от типа частиц от 2 до 4мг/м 3 .

При сгорании железного порошка, при операциях, связанных с работой электрической дуги, в окружающую атмосферу поступает дым оксида железа Fe 2 O 3 , который вызывает патологические изменения функции легких. ПДК для Fe 2 O 3 в воздухе (в пересчете на Fe) - 0,04мг/м 3 .

Сульфаты и хлориды железа являются наиболее токсичными вредными примесями. ПДК для сульфата (в пересчете на Fe) в атмосферном воздухе - 0,007 мг/м 3 , для хлорида - 0,004 мг/м 3 .

Аэрозоли (пыль, дым) железа и его оксидов, руд и других соединений при длительном воздействии откладываются в легких и вызывают специфическое заболевание легких - сидероз. Различают, так называемый «красный сидероз», вызываемый оксидом железа (III) и «черный сидероз», возникающий от вдыхания пыли железа, его карбонатов и фосфатов.

У рабочих, обрабатывающих пириты, наблюдаются желудочные заболевания (гастриты, дуодениты).

У рабочих доменного и мартеновского производств наблюдается нарушение обоняния.

Среди электросварщиков, сталеваров часты воспалительные заболевания верхних дыхательных путей.

У рабочих железорудных шахт и горнообогатительных фабрик особенно часты хронические бронхиты, иногда осложненные астмой, эмфиземой легких.

Встречаются стоматиты, воспаления десен, поражения зубов, поражения слизистой рта.

Мероприятия, обеспечивающие безопасность работы в атмосфере с повышенным содержанием частиц железа и его соединений, заключаются в очистке воздуха от вредных примесей, в эффективной вентиляции помещений, в применении спецодежды, респираторов, очков.

Реальную опасность при приеме внутрь представляют железо, поступающее в организм в составе лекарственных веществ и сульфат железа (II).

Токсические дозы FeSO 4 или чистого железа (для человека ЛД = 200-250 мг/кг) приводят к смертельному исходу в результате химического ожога внутренних органов.

Токсичность соединений железа в воде зависит от pH. В щелочной среде токсичность возрастает. От избыточного содержания железа в воде могут гибнуть рыбы, водоросли. Большую опасность представляют сточные воды и шламы производств, связанных с переработкой железосодержащих продуктов.

Подпороговые концентрации в воде водоемов:

сульфат и нитрат железа (III), гидроксид железа (II) - 0,5 мг/л;

хлорид железа (III) - 0,9 мг/л.

Соединения железа (II) обладают общим токсическим действием. Соединения железа (III) менее ядовитые, но действуют прижигающе на пищеварительный канал и вызывают рвоту.

ПДК железа в питьевой воде 0,3 мг/л.

В природных водоемах, например, в Ладожском озере, в Неве, содержание железа меньше 0,3 мг/л. Перед поступлением в сети городского водоснабжения вода из водоемов подвергается фильтрации и действию коагулянтов, которые вместе с органическими примесями удаляют и часть железа.

Обработка воды с повышенным содержанием железа заключается в фильтровании на механических фильтрах (антрацит), коагуляции (коагулянт - глинозем Al 2 (SO 4) 3), иногда - в обработке магнитными полями (в случае магнитных форм железа).

Профилактические мероприятия, обеспечивающие безопасные условия труда при воздействии на работающих железа и его соединений определяются нормативными документами применительно к конкретным условиям производства.

V . Получение железа и его основных соединений, их практическое использование.

Из всех добываемых металлов, железо имеет наибольшее значение. Вся современная техника связана с применением железа и его сплавов. Количество добываемого железа примерно в 15 раз превосходит добычу всех остальных металлов вместе взятых.

Основным промышленным способом получения железа служит производство его в виде различных сплавов с углеродом - чугунов и углеродистых сталей. Чугуны получают доменным процессом, а стали - мартеновским, конверторным и электроплавильным процессами.

В доменном процессе в качестве основных шихтовых материалов участвуют: железная руда, кокс и известняк, необходимые для восстановления окислов железа в руде углеродом и разведения расплавленных чугуна и шлака.

В домну подается воздух или, для ускорения процесса, кислород (кислородное дутье). Углерод кокса окисляется кислородом: C+O 2 =CO 2 ; C+CO 2 =2CO.

Образующийся при этом СО и углерод кокса восстанавливают окислом железа:

Поскольку указанные реакции протекают при избытке углерода, восстановленное железо сплавляется с углеродом и образуется чугун со значительно более низкой температурой плавления, чем чистое железо. Чугун (с 4,3% С) плавится при 1135 о C, а железо при 1539 о C.

Расплавленные низкоплавкие чугун и шлак собираются в горне доменной печи и периодически выпускаются через специальные отверстия.

Способы передела чугуна - мартеновский, конверторный и электроплавильный, - сводятся к удалению избыточного углерода и вредных примесей (S, P) путем их окисления и к доводке содержания легирующих элементов до заданного путем добавления их при плавке.

Предельно допустимое содержание вредных примесей и необходимое содержание легирующих элементов установлены для каждой марки стали.

Чистое железо получают в виде порошка восстановлением его оксидов водородом или термическим разложением карбонила Fe(CO) 5 . Применение чистого железа ограничено, т.к. оно по своим механическим свойствам не удовлетворяет ряду требований к конструкционным материалам. Оно очень пластично.

Железо и его сплавы составляют основу современной техники. Значение железных сплавов для техники следует из того, что 95% всей металлической продукции составляет чугун и только 5% - сплавы остальных металлов.

Соединения железа.

Железный купорос FeSO 4 . 7H 2 O получают путем растворения обрезков стали в 20-30%-ной серной кислоте:

Железный купорос - светло-зеленые кристаллы, хорошо растворимые в воде. Применяется для борьбы с вредителями растений, в производстве чернил и минеральных красок, при крашении тканей, для очистки сточных вод от цианидов.

При действии на железный купорос щелочи образуются гидроксиды железа - Fe(OH) 2 и Fe(OH) 3 .

Эти гидроксиды применяют в качестве пигментов. Природный гидроксид железа FeS 2 (пирит) служит сырьем для получения серной кислоты, серы и железа.

Нитрат железа Fe(NO 3) 3 получается при действии на железо азотной кислоты. Применяется как протрава при крашении хлопчатобумажных тканей и как утяжелитель шелка.

Хлорид железа FeCl 3 образуется при нагревании железа с хлором, хлорированием FeCl 2 . Применяется как коагулянт при очистке воды, как протрава при крашении тканей, как катализатор в органическом синтезе.

Сульфат железа Fe 2 (SO 4) 3 образует кристаллогидрат Fe 2 (SO 4) 3 . 9H 2 O (желтые кристаллы). Получают растворением оксида Fe 2 O 3 в серной кислоте. Применяется как коагулянт при очистке воды, для травления металлов, используется при получении меди.

Оксиды железа обычно получают при действии водяного пара на раскаленное железо. Природные оксиды железа служат основным сырьем для получения металлического железа (его сплавов).

Fe 2 O 3 и его производные (ферриты) используют в радиоэлектронике как магнитные материалы, в том числе как активные вещества магнитофонных лент.

Fe 3 O 4 служит материалом для изготовления анодов в ряде электрохимических производств.

Ферриты - при сплавлении оксида железа (III) с карбонатами натрия или калия образуются ферриты - соли не полученной в свободном состоянии железистой кислоты HFeO 2 , например феррит натрия NaFeO 2:

В технике ферритами или ферритными материалами называют продукты спекания порошков Fe 2 O 3 и оксидов некоторых двухвалентных металлов, например, Ni, Zn, Mn.

Ферриты обладают ценными магнитными свойствами и высоким электрическим сопротивлением.

Ферриты широко применяются в технике связи, счетно-решающих устройствах, в автоматике и телемеханике.

Соединения железа ( VI ).

Если нагревать стальные опилки или Fe 2 O 3 с нитратом и гидроксидом калия, то образуется сплав, содержащий феррат калия K 2 FeO 4 - соль железной кислоты H 2 FeO 4 , которая в свободном виде не получена.

При растворении сплава в воде получается красно-фиолетовый раствор, из которого действием хлорида бария можно осадить нерастворимый в воде феррат бария BaFeO 4 .

Все ферраты - очень сильные окислители, более сильные, чем KMnO 4 .

Карбонилы железа

Железо образует летучие соединения с окисью углерода, называемые карбонилами железа. Пентакарбонил железа Fe(CO) 5 - бледно-желтая жидкость, не растворимая в воде, но растворимая во многих органических растворителях. Fe(CO) 5 получают пропусканием CO над порошком железа при 150-200 o С и давлении 100 атм. При нагревании в вакууме Fe(CO) 5 разлагается на железо и CO. Это используется для получения высокочистого порошкового железа - карбонильного железа.

Сплавы железа - это металлические сплавы на основе железа. До начала XIX века к сплавам железа относили преимущественно Fe-C (с примесями Si, Mn, S, P), получившие название сталей и чугунов. Возрастающие требования техники к металлическим материалам, прежде всего в отношении их механических свойств, жаропрочности, коррозионной стойкости в различных агрессивных средах привели к созданию новых сплавов железа содержащих Cr, Ni, Si, Mo, W и др.

В настоящее время к сплавам железа относят: углеродистые стали, чугуны, легированные стали, содержащие кроме углерода другие элементы, и стали с особыми физико-химическими и механическими свойствами.

Кроме того для введения в сталь легирующих элементов применяются особые сплавы железа, получившие название ферросплавов.

В технике сплавы железа принято называть черными металлами, а их производство - черной металлургией.

Чугун отличается от стали более высоким содержанием углерода и своими свойствами. Он хрупок, но обладает хорошими литейными свойствами. Чугун дешевле стали. Основная масса чугуна перерабатывается в сталь.

Элементы, специально вводимые в сталь для изменения ее свойств, называются легирующими элементами, а сталь, содержащая такие элементы, называется легированной. К важнейшим легирующим элементам относятся Cr, Ni, Mn, W, Mo. Широко применяются жаростойкие сплавы на основе никеля (нихром, содержащий никель и хром и другие).

Из медно-никелевых сплавов (мельхиор и другие) изготавливают монеты, украшения, предметы домашнего обихода.

Гальванические покрытия металлов никелем предают им красивый внешний вид.

Список использованной литературы:

1. «Краткая химическая энциклопедия».

(издательство «Советская энциклопедия», 1963г.)

2. М.Х. Карапетьянц, С.И. Дракин - «Общая и неорганическая химия»

(издательство «Химия», 1981г.)

3. Н.А. Глинка - «Общая химия»

(издательство «Химия», 1975г.)

4. Справочник «Вредные химические вещества, неорганические соединения элементов V-VIII групп».

(издательство «Химия», 1989г.)

5. В.А. Исидоров - «Введение в химическую экотоксикологию»

(«Химиздат», 1999г.)

Железистые минералы флотируют под воздействием реагентов-нафтеновой олеиновой кислот олеата натрия, жидкого стекла; последнее время успешно применяют окисленный керосин. Для флотации марганцевых руд применяют реагенты: олеиновую кислоту, соевое масло, мыло, растворимое стекло соду.
От других железистых минералов отличается по вишнево-красной черте, оставляемой на неглазурованном фарфоре. Гематит - химически стойкий минерал, образует мощные месторождения железной руды, являющейся ценным сырьем для получения чугуна и стали. Известные месторождения гематитовых руд находятся в районе Курской магнитной аномалии, на Северном Урале, на Украине.
В каолине всегда присутствуют свободные железистые минералы, которые имеют коэффициент преломления 2 2 - 2 4 и интенсивно окрашены, что даже при незначительном их содержании придают каолину самые разнообразные оттенки от светло-желтого до бурого и красно-бурого цвета. На оптические свойства каолина большое влияние оказывают также и титановые минералы, которые даже при небольших количествах (не более 1 %) могут повлиять на его качество.
Большое содержание кварца, а также железистых минералов и других примесей снижает качество огне упорных глин и каолинов, что вызывает в некоторых случаях необходимость их обогащения.
По минералогическому составу основная часть шламов представляет собой железистые минералы: гематит, магнетит, феррит кальция и пирит, встречаются также кварц, силикаты, карбонаты (известь) и обломки зерен органического происхождения - коксик. Наиболее распространенным минералом является гематит. Зерна гематита имеют неправильную форму, размер их колеблется от долей микрона до 0 15 мм, в среднем 0 03 мм. Гематит в основном представлен свободными зернами, реже встречаются сростки гематита и кварца, а также сцементированные стекловидной связкой (оливин) мелкие зерна гематита. В наиболее крупных зернах гематита наблюдается остаточный магнетит. Свободных зерен магнетита не имеется.
Железорудные породы обычно окрашены в бурые, желто-бурые, зеленовато-бурые цвета, в зависимости от цвета слагающих их железистых минералов.
Они обычно содержат наряду с указанными окислами калия и натрия различные примеси, из которых наиболее вредными являются окислы железа, серный колчедан и железистые минералы, сообщающие полевым шпатам желтую или розоватую окраску. Полевой шпат увеличивает тугоплавкость эмали, повышает ее химическую стойкость и усиливает ее непрозрачность в присутствии плавикового шпата и кремнефтористого натрия. При плавке эмали очень важную роль играет крупность размола шпата. Чем больше измельчен шпат, тем легче плавится шихта.
В качестве примесей входят также кремнезем в виде кварца и опала, реже халцедона, диоксид титана в виде рутила и ильменита, железо - в виде различных железистых минералов: лимонит, гематит, сидерит и др. Некоторые каолины содержат минералы гиббсит и диаспор, вследствие чего в них отмечается повышенное содержание оксида алюминия.
Кроме того, к глинистому раствору добавляют специальные утяжелители для доведения его плотности до 1 6 - 2 0 кг / дм3 вместо 1 2 для обычного раствора. В качестве утяжелителей используют железистые минералы (магнетит, гематит), барит, концентрат колошниковой пыли. Такой раствор с утяжелителями применяют в том случае, если давление в скважине оказывается аномально высоким или в призабоинои зоне раствор начинает насыщаться прорывающимися в него газом или нефтью.
Источником железа являются кристаллические породы, содержащие многочисленные железистые минералы. При процессах выветривания железо переходит в гидроокись и перемещается водами в виде механической взвеси и коллоидов гидроокиси железа. Частично перенос осуществляется в виде сульфатов и бикарбонатов закисного железа. Принесенное таким путем железо распределяется в водоемах по законам механической дифференциации согласно с гидродинамикой бассейна. Поскольку частицы взвеси и коллоиды имеют малые размеры, наибольшие (кларковые) количества железа наблюдаются в глинистых; осадках.
Волластонит встречается главным образом в мрамо-ризованных известняках или в известковистых кристаллических сланцах. В качестве примесей ему сопутствуют кварц, железистые минералы, известковистые гранаты, диопсид, везувиан и другие минералы.
Наиболее удобны для выявления условий или колебаний окислительно-восстановительной обстановки широко распространенные в природе железистые минералы, а для выявления реакции среды минералы группы глин и карбонатные минералы.
По сводке, составленной Э. М. Бонштедт, нефелиновые месторождения СССР классифицируются следующим образом. Бесспорное промышленное значение имеют здесь громадные скопления Хибинских тундр: 1) нефелиновые пески, перемытые и в значительной степени очищенные от железистых минералов, продукты ме-хаиич. Имандра между ст. Хибины и Имандра, слагая Большой и Малый Песчаные Наволоки; по подсчету П. А. Борисова общий запас нефелиновых песков до 900 000 т; они содержат до 60 - 70 % нефелина; химич. Отдельными звеньями этой дуги являются мощные интрузии Куэльспора и Порисом-чорра. Минералогический состав этих пород приведен в табл. 3 (по данным В.
Характеристика глинистого сырья по содержанию тонкодисперсных фракций (по ГОСТ 9169 - 75.
По размеру крупнозернистых включений глины подразделяются на группы с мелкими включениями (менее 1 мм), средними - от 1 до 5 мм, крупными - свыше 5 мм. По виду крупноразмерных включений глины подразделяют на группы с включением обломков горных пород (гранит, сланцы, кварциты и др.); железистых минералов; гипса; карбонатов (кальций, доломит и др.); органических остатков и угля. В зависимости от содержания свободного кварца глинистое сырье подразделяют на группы с низким (до 10 %), средним (свыше 10 до 25 %) и высоким (свыше 25 %) содержанием кварца.
К железистым породам относятся железные руды осадочного генезиса, окисные, карбонатные, силикатные и различные железистые образования - орштейны, орзанды, а также россыпи песков, богатые железистыми минералами.
Коэффициенты селективности (А пар катионов тяжелый металл - Са2 (по B.C. Горбатову. При окислительном выветривании и почвообразовании образуются и накапливаются в биосфере минералы железа (III), преимущественно оксиды и гидроксиды, слаборастворимые и геохимически относительно инертные. В почвах обнаружены многие минералы железа (II) и железа (III), в том числе оксиды: гематит Fe2O3, магнетит FeO Fe2O3; маггемит Fe2O3; гидроксиды: гетит FeOOH, лимонит 2Fe2O3 ЗН2О; сульфиды; кислые железистые минералы: ярозит [ NaKFe6 (OH) 12 (SO4) 4l, феронатрит [ Na3Fe (SO4) 3 ЗН2О ], фосфаты, силикаты, арсенаты железа, органожелезистые соединения, аморфные осадки гидроксидов.
В протерозойский этап, продолжавшийся в течение 1 -: 1 5 млрд. лет, вулканическая деятельность была менее интенсивной, в океанах и морях накапливались различные осадки. В некоторых протерозойских водных бассейнах интенсивно развивались различные организмы (например, железоосаждающие бактерии, водоросли и др.), благодаря которым осадки обогащались железом или карбонатами. Вот почему в протерозойских отложениях довольно часто встречаются железистые минералы (руды и железистые) кварциты Курской магнитной аномалии, Канады и др.), мощные толщи известняков, нередко водорослевых, и доломитов, а иногда и прослои шунгитов - прообраз будущих углей. Во многих областях мира протерозойские отложения были погружены на большие глубины, сильно деформированы и пронизаны раскаленной магмой, вследствие чего они сильно изменились и превратились в гнейсы, кварциты и другие метаморфические породы.
Обычное механическое обогащение не обеспечивает получения качественных концентратов из таких продуктов в сочетании с удовлетворительным извлечением. Хотя вряд ли исчерпаны все возможности механического обогащения ожелезненных минеральных смесей, следует Полагать, что решение этого вопроса весьма сложно и потребует длительных изысканий принципиально новых методов на основе тонкого использования различий в физических и физико-химических свойствах ожелезнеиных минералов. В этих условиях приобретают особое значение методы избирательного растворения железистых минералов при сохранении ценных минералов редких металлов в нерастворимом остатке.
В виде случайных примесей металлическое железо попадает в руду при бурении или отборе и измельчении пробы. Если железная руда не содержит магнетита, маггемита, пирротина пли других минералов, обладающих магнитными свойствами, металлическое железо может быть удалено из руды при помощи магнита. При этом следует иметь в виду, что ряд железистых минералов, как, например, гематит (мартит и железный блеск), гетит, гидрогетит, гпдрогематит и некоторые другие обладают способностью намагничиваться в электромагнитном поле.
Узянбаш, также обнаружена марганцевая минерализация подобного типа. Здесь в восточном борту той же автомагистрали п.п. Серменево-Аскарово обнажена глинисто-щебнистая элювиальная кора выветривания предположительно по кварцевым алевролитам и кварци-то-песчаникам. Рыхлые отложения имеют яркую желтовато-бурую окраску, указывающую на повышенное содержание железистых минералов в исходных породах. В элювиальных обломках вмещающих отложений нередко встречаются налеты окислов марганца, а иногда и небольшие куски прожилково-вкрапленной до сплошной марганцевой руды.
Конечно, в песке могут попадаться еще и другие, неизмененные водою пли трудно изменяемые ею каменистые вещества, но так как эти последние более или менее подвергаются изменению при продолжительном действии воды, то нередки и такие пески, в которых содержится только почти один чистый кварц. Обыкновенный песок от подмеси посторонних минералов имеет желтый или красно-бурый цвет, зависящий от железистых минералов и железистой глины. Самый чистый песок, или так называемый кварцевый песок, попадается, однако, довольно редко и характеризуется своею бесцветностью и тем, что, взболтанный с водою, не дает мути, которая показывает подмесь глины; при сплавлении с основаниями он дает бесцветное стекло, отчего и составляет ценный материал для производства стекла.
Нефелин входит в состав этих пород как существенная часть; при выработке апатитовых концентратов получаются хвосты с содержанием 70 - 75 % нефелина. Уртитовые и йолитовые жилы находятся также в менее исследованных Ловозерских тундрах; жильные нефелиновые породы встречены также на по-бережьи Белого моря, на Турьем полуострове, в Чешской губе и др. Другой областью накопления нефелиновых пород является Южный Урал, где нефелиновые сиениты-миасскиты слагают меридиональную полосу длиной ок. Ильменские горы, Вишневые горы и др. В составе миасскитов нефелин составляет всего 20 - 25 % при довольно высоком содержании цветных железистых минералов; поэтому практич.
Это можно установить лишь минералогическим анализом, путем непосредственного изучения аутигенных минералов в шлифах, что дает возможность выявить весь ход аутигенного минералообразования и тем самым определить изменение геохимических условий на разных стадиях литогенеза. Поэтому данные химического анализа должны интерпретироваться лишь совместно с данными мине-ралого-петрографических исследований. Учитывая это, а также используя огромный фактический материал по нефтегазоносным регионам Узбекистана, мы (А. М. Акрамходжаев и X. X. Авазходжаев) предложили выделить шесть типов геохимических обстановок, определяемых по соотношению реакцион-носпособных форм железа, сингенетичным и диагенетическим железистым минералам и содержанию остаточного ОВ.
Однако бывают случаи, когда давление газа или нефти гораздо больше гидростатического для данной глубины. Чтобы предотвратить фонтанирование, в этих случаях применяют утяжеленные глинистые растворы. Для этого добавляют в раствор тонко размолотые вещества большой плотности. К таким веществам относятся железистые минералы магнетит и гематит, концентрат колошниковой пыли и барит.
В то же время, сравнивая характеристики магнитного и гравитационного полей, можно видеть, что для указанной области характерны интенсивные отрицательные гравитационные аномалии, а для района Южно-Апшеронской впадины - региональный, гравитационный, отрицательный экстремум. Все это как будто не свидетельствует в пользу развития здесь плотных магнитоактивных тел в основании осадочного разреза и требует поиска иного объяснения слабоположительного поля в Южном Каспии. В качестве такового может быть рассмотрено влияние повышенного содержания магнитоактивных, прежде всего железистых минералов в составе неконсолидированного, песчано-глинистого разреза кайнозоя Южно-Каспийской впадины. Косвенными признаками этого являются геохимические характеристики современных донных отложений , которые показывают повышенное содержание пластического магнетита и титаномагнетита в песках и железистых минералов в глинистых породах, а также повышенное содержание железа в зольных остатках нефтей Южного Каспия , часть которого могла быть прихвачена флюидом из вмещающих пород.
Присутствие в железной руде металлического железа - явление весьма редкое. В виде самородного железа (палласита) оно встречается в некоторых магматических месторождениях. В виде примеси металлическое железо попадает в руду при бурении или отборе и измельчении пробы. Если железная руда не содержит магнетита, маггемита, пирротина или других минералов, обладающих магнитными свойствами, металлическое железо может быть удалено из руды при помощи магнита. При этом следует иметь в виду, что ряд железистых минералов, как например, гематит (мар-тит и железный блеск), гетит, гидрогетит, гидрогематит и некоторые другие намагничиваются в электромагнитном поле. В таких случаях металлическое железо удалить при помощи магнита нельзя и его приходится определять наряду с FeO и Fc20s, как указано ниже.

Велер выполнил ряд важных исследований, посвященных титану, этому весьма распространенному в земной коре элементу, огромное практическое значение которого проявляется только в наше время. Открытие титана прежде всего связывается с именем отличного аналитика минералов В. Грегора, который определил в 1789 г., что в рутиле присутствует ранее неизвестный элемент. Клащрот в 1795 г. нашел, что в некоторых железистых минералах содержится новая земля - окись титана. Название элемента было дано Клапротом.
Следующий этап поисково-разведочных работ, ориентированный в основном, на поиски глубоких залежей нефти н газа в южной, центральной и северной зонах, привел к Открытию Ниязбекского месторождения н Тер-гачи. С поисками глубоких и сверхглубоких скоплений нефти и газа связываются основные перспективы нефте-газоносности Ферганской впадины. ФЕРЕЙДУН-МАРДЖАН НЕФТЯНОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ - расположено на акватории Персидского залива на границе Саудовской Аравии и Ирана, к северо-востоку от месторождения Зулуф, на погружении Центральноаравийского поднятия и приурочено к куполу размерами 24 X X 24 км. Нефтеносны также песчаники свиты Бурган. ФЕРРОЛИТЫ - хемогенные породы, на 50 % и более сложенные различными железистыми минералами.
Следующий этап поисково-разведочных работ, ориентированный в основном, на поиски глубоких залежей нефти и газа в южной, центральной и северной зонах, привел к открытию Ниязбекского месторождения и Тер-гачи. С поисками глубоких и сверхглубоких скоплений нефти и газа связываются основные перспективы нефте-газоносности Ферганской впадины. ФЕРЕЙДУН-МАРДЖАН НЕФТЯНОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ - расположено на акватории Персидского залива на границе Саудовской Аравии и Ирана, к северо-востоку от месторождения Зулуф, на погружении Центральноаравийского поднятия и приурочено к куполу размерами 24 X X 24 км. Нефтеносны также песчаники свиты Бурган. ФЕРРОЛИТЫ - - хемогенные породы, на 50 % и более сложенные различными железистыми минералами.
Серпентиниты обладают сетчатой и петельчатой структурами. В первом случае они состоят из клиновидного у-лизардита, который хорошо диагностируется по отрицательному удлинению. Промежутки между клиньями у-лизардита заполнены изотропным серпофитом. Петельчатая структура характерна для а-лизардитов. В серпентинитах так же присутствует хризотил. Он, как правило, заполняет трещины и является более поздним образованием. По данным А.А. Алексеева / 1976 /, серпентиниты Кирябинского массива сложены более железистыми минералами по сравнению с аналогичными породами Бирсинского комплекса.
Пересчет химических анализов флогопита из флогопитовых месторождений показал, что увеличение содержания не только FeO, но и Fe2O3 сопровождается уменьшением содержания магнезии и увеличением содержания глинозема (Коржинский, 1945Ь стр. Fe, закисное и окисное, изоморфно с Mg, так как при этом поля составов флогопита и клинопироксена оказываются наиболее узкими. При допущении изоморфности с магнием одного закисного железа точки состава флогопитов рассеиваются в большей степени. Некоторыми авторами высказывалось предположение, что первоначально все железо железо-магнезиальных слюд, а также роговых обманок и некоторых пироксенов, могло находиться в закисном состоянии, изоморфном с магнием, с последующим окислением части железа при понижении температуры. Fe / Mg в группе (Mg Fe) приводит к изменению состава этих минералов в отношении других компонентов; в частности, в флогопитах приводит к повышению содержания глинозема. Это лишает нас возможности точной передачи на одной диаграмме (фиг. Для флогопитовых месторождений, залегающих среди более железистых пород, например среди пироксеновых амфиболитов, характерны не только более железистые минералы, но изменяются и параге-нетические отношения минералов. Именно, вместо ассоциации диопсид скаполит флогопит (фиг.

Железо относится к группе самородных элементов. Самородное железо является минералом, имеющим земное и космогенное происхождение. Содержание никеля на 3 процента выше в земном железе, по сравнению с космогенным. Также содержатся примеси магния, кобальта и других микроэлементов. Самородное железо имеет светло-серый цвет с металлическим блеском, включения кристаллов редки. Это достаточно редкий минерал, обладающий твердость в 4-5 ед. и плотностью в 7000-7800 кг на метр кубический. Археологи доказали, что самородное железо использовалось древними людьми задолго до того, как появились навыки по выплавке металла железа из руды.

Данный металл в своем первоначальном виде имеет серебристо-белый оттенок, поверхность стремительно покрывается ржавчиной при высокой влажности или в воде, богатой кислородом. Данная порода отличается хорошей пластичностью, плавится при температуре в 1530 градусов по Цельсию, из него без труда можно ковать изделия и производить прокатку. Металл обладает хорошей электро- и теплопроводностью, дополнительно его отличают от других пород магнитные свойства.

При взаимодействии с кислородом поверхность металла покрывается образующейся пленкой, которая защищает его от коррозийного воздействия. А при содержании в воздухе влаги железо окисляется, и на его поверхности образуется ржавчина. В некоторых кислотах железо растворяется, и происходит выделение водорода.

История появления железа

Железо оказало огромное влияние на развитие человеческого общества и продолжает цениться сегодня. Его используют на многих производствах. Железо помогло первобытному человеку освоить новые способы охоты, привело к развитию сельского хозяйства благодаря новым орудиям. Железо в чистом виде в те времена было частью упавших метеоритов. По сегодняшний день ходят легенды о неземном происхождении данного материала. Металлургия берет свое начало в середине второго тысячелетия до н.э. В то время в Египте освоили получение металла из железной руды.

Где добывают железо?

В чистом виде железо содержится в небесных телах. Металл был обнаружен в лунном грунте. Сейчас железо добывают из руды горных пород, и Россия занимает лидирующее место по добыче этого металла. Богатые залежи железной руды расположены в европейской части, в Западной Сибири и на Урале.

Области применения

Железо необходимо при производстве стали, которая имеет широкий диапазон применения. Практически в каждом производстве используется данный материал. Широко применяется железо в быту, его можно встретить в виде кованных изделий и чугуна. Железо позволяет придавать изделию различную форму, поэтому его используют при ковке и создании беседок, ограждений и других изделий.

Пользуются железом все хозяйки на кухне, ведь изделия из чугуна, это не что иное как сплав железа и углерода. Посуда из чугуна равномерно нагревается, долго сохраняет температуру и служит не один десяток лет. В состав практически всех столовых приборов входит железо, а из нержавеющей стали изготовляют посуду и различные кухонные принадлежности и такие необходимые предметы, как лопаты, вилы, топоры и другие полезные приспособления. Широко используется данный металл и в ювелирном деле.

Химический состав

Теллурическое железо содержит примеси никеля (Ni) 0,6-2%, кобальта (Со) до 0,3%, меди (Сu) до 0,4%, платины (Pt) до 0,1%, углерода; в метеоритном железе никель составляет от 2 до 12%, кобальт-около 0,5%, имеются также примеси фосфора, серы, углерода.

Поведение в кислотах: растворяется в НNО3.
В природе существует несколько модификаций железа - низкотемпературная имеет ОЦК ячейку (Im3m), высокотемпературная (при температурах > 1179K) ГЦК ячейку (Fm(-3)m). В больших количествах содержится в метеоритах. В железных метеоритах при травлении или нагреве проявляются видманштеттеновы фигуры.
Происхождение: теллурическое (земное) железо редко встречается в базальтовых лавах (Уифак, о. Диско, у западного берега Гренландии, вблизи г. Касселя Германия). В обоих пунктах с ним ассоциируют пирротин (Fe1-xS) и когенит (Fe3C), что объясняют как восстановление углеродом (в т.ч. и из вмещающих пород), так и распадом карбонильных комплексов типа Fe(CO)n. В микроскопических зернах оно не раз устанавливалось в измененных (серпентинизированных) ультраосновных породах также в парагенезисе с пирротином, иногда с магнетитом, за счет которых оно и возникает при восстановительных реакциях. Очень редко встречается в зоне окисления рудных месторождений, при образовании болотных руд. Зарегистрированы находки в осадочных породах, связываемые с восстановлением соединений железа водородом и углеводородами.
Почти чистое железо найдено в лунном грунте, что связывают как с падениями метеоритов, так и с магматическими процессами. Наконец, два класса метеоритов - железокаменные и железные содержат природные сплавы железа в качестве породообразующего компонента.

Семейство самородного железа (по Годовикову)
Группа самородного железа
< 2,9, редко до 6,4 ат. % Ni - феррит
< ~ 6,4 ат. % Ni - камасит

Группа самородного никеля
> 24 ат. % Ni - тэнит
62,5 - 92 ат. % Ni - аваруит Ni3Fe
(Ni, Fe) - Самородный никель

Железо (англ. Iron, франц. Fer, нем. Eisen) - один из семи металлов древности. Весьма вероятно, что человек познакомился с железом метеоритного происхождения раньше, чем с другими металлами. Метеоритное железо обычно легко отличить от земного, так как в нем почти всегда содержится от 5 до 30% никеля, чаще всего - 7-8%. С древнейших времен железо получали из руд, залегающих почти повсеместно. Наиболее распространенны руды гематита (Fe 2 O 3 ,), бурого железняка (2Fe 2 O 3 , ЗН 2 О) и его разновидностей (болотная руда, сидерит, или шпатовое железо FeCO3,), магнетита (Fe 3 0 4) и некоторые другие. Все эти руды при нагревании с углем легко восстанавливаются при сравнительно низкой температуре начиная с 500 o С. Получаемый металл имел вид вязкой губчатой массы, которую затем обрабатывали при 700-800 o С повторной проковкой.

В древности и в средние века семь известных тогда металлов сопоставляли с семью планетами, что символизировало связь между металлами и небесными телами и небесное происхождение металлов. Такое сопоставление стало обычным более 2000 лет назад и постоянно встречается в литературе вплоть до XIX в. Во II в. н. э. железо сопоставлялось с Меркурием и называлось меркурием, но позднее его стали сопоставлять с Марсом и называть марс (Mars), что, в частности, подчеркивало внешнее сходство красноватой окраски Марса с красными железными рудами.

Свойства минерала

• Происхождение названия: Обозначение химического элемента - от латинского ferrum, Iron – от староанглийского слова, означавшего этот металл
• Место открытия: Qeqertarsuaq Island (Disko Island), Qaasuitsup, Greenland
• Год открытия: известен с древних времён
• Термические свойства: П. тр. Точка плавления (чистого железа) 1528°С
• IMA статус: действителен, описан впервые до 1959 (до IMA)
• Типичные примеси: Ni,C,Co,P,Cu,S
• Strunz (8-ое издание): 1/A.07-10
• Hey"s CIM Ref.: 1.57
• Dana (7-ое издание): 1.1.17.1
• Молекулярный вес: 55.85
• Параметры ячейки: a = 2.8664Å
• Число формульных единиц (Z): 2
• Объем элементарной ячейки: V 23.55 ų
• Двойникование: по {111}
• Точечная группа: m3m (4/m 3 2/m) - Hexoctahedral
• Пространственная группа: Im3m (I4/m 3 2/m)
• Отдельность: по (112)
• Плотность (расчетная): 7.874
• Плотность (измеренная): 7.3 - 7.87
• Тип: изотропный
• Цвет в отраженном свете: белый
• Форма выделения: Форма кристаллических выделений:плотные зерна с неправильными извилистыми очертаниями, плёнки, дендриты, изредка самородки.
• Классы по систематике СССР: Металлы
• Классы по IMA: Самородные элементы
• Химическая формула: Fe
• Сингония: кубическая
• Цвет: Стально-серый, серо-черный, на полированной поверхности белый
• Цвет черты: Серо-черный
• Блеск: металлический
• Прозрачность: непрозрачный
• Спайность: несовершенная по {001}
• Излом: крючковатый занозистый
• Твердость: 4 5
• Микротвердость: VHN100=160
• Ковкость: Да
• Магнитность: Да
• Литература: Зарицкий П.В., Довгополов С.Д., Самойлович Л.Г. Состав и генезис рудопроявления самородного железа г. Озёрной в бассейне р. Курейки. - Вестник Харьковского ун-та, 1986, №283 (Средняя Сибирь) Мельцер М.А. и др. Самородное железо в золотонсных жилах Аллах-Юньского района и некоторые вопросы их генезиса. - Новые данные по геологии Якутии. Я., 1975, с. 74-78

Фото минерала

Статьи по теме

• Железо - один из семи металлов древности.
  Весьма вероятно, что человек познакомился с железом метеоритного происхождения раньше, чем с другими металлами

Месторождения минерала Железо

• Красноярский край
• Россия
• Кугда, Хатанга, Таймыр.

Железо с его вяжущим вкусом было одним из первых металлов, которые стали применяться в аюрведе – ив качестве самостоятельного лекарства, и для приготовления других лекарств. Некоторые вещества впитывают железо прямо из железной посуды, в которой происходит процесс приготовления. Басмы из магнитного железняка, чугуна и стали имеют разные свойства и применяются по-разному. Так же обстоит дело и с мандурой, которая получается ковкой раскаленного железного шарика при помощи молота и наковальни. Кусочки железа, которые разлетаются в виде искр, собираются и обрабатываются особым способом. Им либо дают заржаветь, либо смачивают коровьей мочой и перетирают в порошок, после чего кипятят в отваре трипхалы и, наконец, отжигают. Соли железа изготавливались, по-видимому, из железных пластин, на которые наносились кислые вещества (тамаринд, лимон и др.). Окислившиеся гранулы собирали и подвергали дальнейшей обработке. Для изготовления железной басмы обычного качества, как правило, хватает десяти прожжений, но, как и в случае со слюдой, лучшие результаты дает отжиг в сто или тысячу раз.

Железная басма , в особенности из магнитного железняка, применяется как сама по себе (в качестве стимулирующего средства при слабости), так и в сочетании с другими веществами. Так, лекарство «Наваяса лоха» содержит железную басму, смешанную с трипхалой, тритаку, мустой, видангой и читракой. Свое главное действие железо оказывает на кровь, кишечник и нервную систему (при недостатке железа в организме мозг, пытаясь найти замену, начинает впитывать более вредные вещества, такие как кадмий и свинец). Поэтому железо используется при анемии, чахотке, асците, геморрое, кожных болезнях, потере аппетита, слабом пищеварении, общей слабости, а также как тонизирующее средство для сердца и кишечника. Лекарство «Дхатрилоха», содержащее железо, амалаки и лакричник, хорошо помогает при повышенной кислотности, коликах, язве желудка, анемии и желтухе. «Саптамрита лоха» применяется при головной боли и кровотечении из носа. Другие препараты железа, например «Прадарари лоха», содержащая различные травы и слюдяную басму, назначаются при лейкорее, сильном менструальном кровотечении и других женских болезнях.

Мандура-басма является мочегонным средством и действует на печень и селезенку. Она применяется сама по себе и в таких составах, как «Пунарнава мандура» и «Трипхала мандура», при лечении анемии, отеков, желтухи, расстройств пищеварения и ряда расстройств внутренних органов, а также при общем ослаблении организма.

Железный колчедан (сульфид железа), также известный под названием «золота дураков», используется в аюрведе в качестве заменителя настоящего золота при анемии, лейкорее, расстройствах мочевыделительной системы, кожных болезнях, отравлении, диабете, расстройствах нервной системы, желтухе, асците, глазных болезнях, высокой температуре, чахотке и сердечной слабости. При этом он действует эффективнее, если применяется в составах, например в предложенном Вагбхатой составе «Тапьяди лоха», который помимо колчедана включает мумие, серебряную басму, мандура-бас-му, читраку, трипхалу, трикату, видангу и сахар. На основе сульфата железа готовят лекарственное масло для наружного лечения язв. Для тех же целей используется и басма из него, которая мягче по своему действию, чем басма из металлического железа. Гаирика, или красная охра (богатая железом глина), применяется в основном наружно.