धातु प्रोफाइल: लोहे के गुण और विशेषताएं

मनुष्यों द्वारा लोहे का उपयोग लगभग 5,000 साल पुराना है। यह पृथ्वी की पपड़ी में दूसरा सबसे प्रचुर धातु तत्व है और मुख्य रूप से उत्पादन करने के लिए उपयोग किया जाता है इस्पातदुनिया में सबसे महत्वपूर्ण संरचनात्मक सामग्रियों में से एक है।

लोहे के लिए इतिहास और आधुनिक उपयोगों में बहुत गहरे उतरने से पहले, आइए बुनियादी बातों की समीक्षा करें:

• परमाणु प्रतीक: Fe
• परमाणु संख्या: 26
• तत्व श्रेणी: संक्रमण धातु
• घनत्व: 7.874g / सेमी³
• गलनांक: 2800 ° F (1538 ° C)
• क्वथनांक: 5182 ° F (2862 ° C)
• मोह की कठोरता: 4

शुद्ध लोहा एक चांदी के रंग का धातु है जो गर्मी और बिजली का संचालन अच्छी तरह से करता है। लोहे के अकेले अस्तित्व के लिए प्रतिक्रियाशील है, इसलिए यह केवल पृथ्वी की पपड़ी में प्राकृतिक रूप से लोहे के अयस्कों, जैसे हेमटाइट, मैग्नेटाइट और साइडराइट के रूप में होता है।

लोहे की पहचान की विशेषताओं में से एक यह है कि यह दृढ़ता से है चुंबकीय. एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र के संपर्क में, लोहे के किसी भी टुकड़े को चुंबकित किया जा सकता है। वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि पृथ्वी का कोर लगभग 90% लोहे से बना है। इस लोहे द्वारा निर्मित चुंबकीय बल वह है जो चुंबकीय उत्तर और दक्षिण ध्रुवों का निर्माण करता है।

लोहे की संभावना मूल रूप से लौह युक्त अयस्कों के शीर्ष पर जलने वाली लकड़ी के परिणामस्वरूप खोजी गई और निकाली गई थी।लकड़ी के भीतर के कार्बन ने अयस्क में ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया की होगी, एक नरम को पीछे छोड़ते हुए, लचीला लोहे की धातु। आयरन स्मेल्टिंग और उपकरण और हथियार बनाने के लिए लोहे का उपयोग मेसोपोटामिया (वर्तमान इराक) में 2700 और 3000 ईसा पूर्व के बीच शुरू हुआ। अगले 2,000 वर्षों में, लौह प्रगलन ज्ञान पूर्व और यूरोप और अफ्रीका में लौह युग के रूप में जाना जाता है।

17 वीं शताब्दी से, जब तक कि 19 वीं शताब्दी के मध्य में स्टील का उत्पादन करने की एक कुशल विधि की खोज नहीं की गई थी, तब तक जहाजों, पुलों और इमारतों को बनाने के लिए लोहे का उपयोग संरचनात्मक सामग्री के रूप में किया जाता था। 1889 में निर्मित एफिल टॉवर को 7 मिलियन किलोग्राम से अधिक गढ़ा लोहे का उपयोग करके बनाया गया था।

लोहे की सबसे अधिक तकलीफदेह विशेषता इसकी जंग लगने की प्रवृत्ति है। जंग (या फेरिक ऑक्साइड) एक भूरा, crumbly यौगिक है जो लोहे के ऑक्सीजन के संपर्क में आने पर उत्पन्न होता है। ऑक्सीजन गैस जो पानी में निहित है, की प्रक्रिया को गति देती है जंग. जंग की दर - लोहे कितनी जल्दी फेरिक ऑक्साइड में बदल जाती है - यह पानी की ऑक्सीजन सामग्री और लोहे के सतह क्षेत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है। खारे पानी में ताजे पानी की तुलना में अधिक ऑक्सीजन होता है, यही वजह है कि खारे पानी में ताजे पानी की तुलना में तेजी से लोहा होता है।

अन्य धातुओं के साथ लोहे को कोटिंग करके जंग को रोका जा सकता है जो ऑक्सीजन के लिए अधिक रासायनिक रूप से आकर्षक हैं, जैसे जस्ता (जस्ता के साथ लोहे को कोटिंग करने की प्रक्रिया को "गैल्वनाइजिंग" कहा जाता है)। हालांकि, जंग से बचाने का सबसे प्रभावी तरीका स्टील का उपयोग है।

स्टील ए है मिश्र धातु लोहे और विभिन्न अन्य धातुओं, जो लोहे के गुणों (शक्ति, जंग के प्रतिरोध, सहनशीलता, आदि) को बढ़ाने के लिए उपयोग किया जाता है। लोहे के साथ मिश्र धातु वाले तत्वों के प्रकार और मात्रा में परिवर्तन से विभिन्न प्रकार के स्टील का उत्पादन किया जा सकता है।

सबसे आम स्टील्स हैं:

• कार्बन स्टील्स, जिसमें 0.5% और 1.5% कार्बन होते हैं: यह स्टील का सबसे आम प्रकार है, जिसका उपयोग ऑटो निकायों, जहाज के पतवार, चाकू, मशीनरी और सभी प्रकार के संरचनात्मक समर्थन के लिए किया जाता है।
• कम मिश्र धातु स्टील्स, जिसमें 1-5% अन्य धातुएं (अक्सर) होती हैं निकल या टंगस्टन): निकल स्टील उच्च स्तर के तनाव का सामना कर सकता है और इस प्रकार, अक्सर पुलों के निर्माण में और साइकिल श्रृंखला बनाने के लिए उपयोग किया जाता है। टंगस्टन स्टील्स उच्च तापमान के वातावरण में अपने आकार और शक्ति को बनाए रखते हैं, और उनका उपयोग प्रभाव, रोटरी अनुप्रयोगों, जैसे कि ड्रिल बिट्स में किया जाता है।
• उच्च मिश्र धातु स्टील्स, जिसमें 12-18% अन्य धातुएं होती हैं: इस तरह के स्टील का उपयोग केवल इसकी उच्च लागत के कारण विशेष अनुप्रयोगों में किया जाता है। उच्च मिश्र धातु इस्पात का एक उदाहरण स्टेनलेस स्टील है, जिसमें अक्सर होता है क्रोमियम और निकल, लेकिन यह विभिन्न अन्य धातुओं के साथ भी मिश्र धातु हो सकता है। स्टेनलेस स्टील जंग के लिए बहुत मजबूत और अत्यधिक प्रतिरोधी है।

अधिकांश लोहा पृथ्वी की सतह के पास पाए जाने वाले अयस्कों से उत्पन्न होता है।आधुनिक निष्कर्षण तकनीक ब्लास्ट फर्नेस का उपयोग करती है, जो उनके लंबे स्टैक (चिमनी जैसी संरचनाओं) की विशेषता है। लोहे को कोक (कार्बन-समृद्ध कोयला) और चूना पत्थर (कैल्शियम कार्बोनेट) के साथ ढेर में डाला जाता है। आजकल, लौह अयस्क आमतौर पर स्टैक में प्रवेश करने से पहले सिंटरिंग की प्रक्रिया से गुजरता है। सिंटरिंग प्रक्रिया में अयस्क के टुकड़े बनते हैं जो 10-25 मिमी के होते हैं, और इन टुकड़ों को फिर कोक और चूना पत्थर के साथ मिलाया जाता है।

Sintered अयस्क, कोक, और चूना पत्थर तब ढेर में डाला जाता है जहां यह 1,800 डिग्री सेल्सियस पर जलता है। कोक गर्मी के स्रोत के रूप में जलता है और ऑक्सीजन के साथ, जो भट्टी में गोली मारता है, गैस कार्बन मोनोऑक्साइड को कम करने में मदद करता है। चूना पत्थर लोहे में अशुद्धियों के साथ मिलकर स्लैग बनाता है। लावा पिघला हुआ लौह अयस्क की तुलना में हल्का होता है, इसलिए यह सतह पर उगता है और आसानी से हटाया जा सकता है। गर्म लोहे को फिर से पिग आयरन या सीधे स्टील उत्पादन के लिए नए नए साँचे में डाला जाता है।

पिग आयरन में अभी भी 3.5% से 4.5% के बीच कार्बन होता है,अन्य अशुद्धियों के साथ, और यह भंगुर है और इसके साथ काम करना मुश्किल है। पिग आयरन में फास्फोरस और सल्फर अशुद्धियों को कम करने और कच्चा लोहा बनाने के लिए विभिन्न प्रक्रियाओं का उपयोग किया जाता है। गढ़ा हुआ लोहा, जिसमें 0.25% से कम कार्बन होता है, कठिन, निंदनीय और आसानी से वेल्डेड होता है, लेकिन यह कम कार्बन स्टील की तुलना में बहुत अधिक श्रमसाध्य और महंगा होता है।

2010 में, वैश्विक लौह अयस्क का उत्पादन लगभग 2.4 बिलियन टन था। चीन, सबसे बड़े उत्पादक, सभी उत्पादन का लगभग 37.5% हिस्सा है, जबकि अन्य प्रमुख उत्पादक देशों में ऑस्ट्रेलिया, ब्राजील, भारत और रूस शामिल हैं। अमेरिकी भूवैज्ञानिक सर्वेक्षण का अनुमान है कि दुनिया में उत्पादित 95% धातु टन या तो लोहा या स्टील है।

लोहा एक बार प्राथमिक संरचनात्मक सामग्री थी, लेकिन तब से इसे अधिकांश अनुप्रयोगों में स्टील द्वारा बदल दिया गया है। फिर भी, कच्चा लोहा अभी भी पाइप और ऑटोमोटिव भागों जैसे सिलेंडर हेड, सिलेंडर ब्लॉक और गियरबॉक्स मामलों में उपयोग किया जाता है। अभी भी गढ़ा हुआ लोहे का उपयोग घर की सजावट के सामान, जैसे शराब के रैक, मोमबत्ती धारक और पर्दे की छड़ें बनाने के लिए किया जाता है।