Fe

Jern

atomnummer: 26
gruppe: 8
periode: 4
atomvekt: 55,845

I mennesket
4,2 g

I jordskorpen
5,8 %

I havet
3,4 µg/liter

På solen
0,10 %

Fremstilling

Jernets store betydning som det viktigste metalliske konstruksjons-materialet for mennesket helt siden jernalderen, skyldes delvis at det finnes i store konsentrasjoner i jordskorpa, og at det er relativt enkelt å redusere med karbon. En annen grunn er jernets spesielt gode egenskaper (valsbarhet, smibarhet, hardhet, styrke o.a.). Egenskapene kan modifieres og nærmest skreddersys spesielle behov og anvendelser ved å justere innholdet av karbon og legeringsmetaller. I tillegg er egenskapene i stor gard avhengig av temperaturbehandlingen materialet har blitt gitt.

Det alt vesentlige av jernet som produseres i verden, fremstilles ved reduksjon av jernoksider med karbon og karbonmonoksid. Prosessen utføres i store masovner. Malmen (Fe203 og/eller Fe304), koks og slaggdannende oksider som CaO eller SiO2 tilføres ovenfra. Under prosessen beveger denne massen seg langsomt nedover i ovnen. Det blåses luft (oksygen) i motsatt retning fra bunnen og oppover i ovnen. Temperaturen i masovnen er lavest i toppen og øker nedover fra ca. 250 °C til ca. 1500 °C nederst hvor slagg og jern tappes av.

Jernet reduseres av CO-gass som dannes ved reaksjon mellom luften som blåses inn og karbonet i de nedre deler av ovnen. Karbonmonoksidgassen beveger seg så motstrøms mot malmen. Reduksjonen beskrives kjemisk ved

Fe-oksid + CO(g) = Fe + CO2(g)

Under denne prosessen reduseres også oksidene til andre grunnstoffer som enten inngår i malmen eller som er satt til. Dette er i hovedsak oksider av fosfor, mangan og silisium.

Oppover i masovnen reagerer CO2 gassen dannet ved reduksjonen av jernoksidene med karbon og danner CO:

CO2(g) + C(s) = 2CO(g)

Denne likevekten forskyves mot høyre med økende temperatur.

Under malmens gang nedover i ovnen blir jernoksidene gradvis redusert. Reduksjonen begynner ved ca. 400 °C:

3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2

Med økende temperatur dannes først ´Fe´ og så jern.

Jernet som dannes inneholder karbon. Ved ca. 1200 °C begynner dette jernet å smelte. (Rent jern smelter ved 1539 °C). Jernet som tappes av fra bunnen av ovnen, råjernet, har en temperatur på 1400-1500 °C.

Reduksjonen av oksidene til de andre grunnstoffene (Mn, Si, P osv.) starter over ca. 900 °C. Disse grunnstoffene løses også i jernet.

I tillegg til jernet dannes det slagg som smelter ved 1300-1400 °C. CaO reagerer med malmens bergarter, og typiske verdier for sammensetningen til denne slaggen kan være 35 vekt% SiO2, 55 % CaO og 10 % Al203. Slaggen har lavere massetetthet enn jernet og flyter oppå. Slaggen kan derfor tappes av.

Moderne masovner kan være veldig store. De kan ha diameter opp mot 10 m og produsere ca. 3000 tonn råjern per døgn. Ovnene kan drives kontinuerlig i årevis.

Jernet som tappes av har et karboninnhold pa 3-4 %. Dette jernet veldig hardt og sprøtt. For å få et stål som kan valses, må karboninnholdet reduseres til mindre enn 2 %. Dette oppnås ved at luft blåses gjennom det smeltede råjernet slik at karbonet oksideres.

Les alt om jern

Forfatter:  Svein Stølen

Velg grunnstoff:  

Finn nabogrunnstoff

     
Mn Fe Co
Tc Ru Rh

Vis alt om jern

Jern i periodesystemet

Nytt om jern

En ny jernalder? (NTNU)

Teknologisk er det fullt mulig å lage jern uten å forurense. Det spørs bare hva vi er villig til å betale.

Visste du at...

Bi

vismutforbindelser benyttes som fargestoff i kosmetikk. Vismutoksyklorid gir for eksempel perlemorseffekten som er populær i perioder.

Les mer om vismut

App

Periodic Puzzle

Noen har rotet det til i periodesystemet. Du må flytte grunnstoffene tilbake på riktig plass.

Les mer:
Om Periodic Puzzle appen

Samarbeidspartner

Naturhistorisk museum

 


Søk i periodesystemet

Les om periodesystemet (bakom-stoff, utdypende artikler)
Periodesystemet.no fra Kjemisk institutt, Universitetet i Oslo.   Idé: Dmitrij Ivanovitsj Mendelejev.
Prosjektledelse: Svein Stølen. Design: John Vedde.   Redaksjon     Rettigheter