Нахождение в природе
Железо является вторым наиболее распространенным металлом на земле. В чистом состоянии железо редко встречается на земле, например, в виде сегрегационных плавников в железных метеоритах.
Свежие магматические породы обычно содержат минералы с двухвалентным железом. В продуктах выветривания и образовавшихся отложениях (осадочные, осколочные руды) железо в основном находится в трехвалентной форме, но чаще всего уровни окисления +II и +III смешиваются друг с другом.
Месторождения и основные страны-производители
Железо образует почти все распространенные типы месторождений, но наибольшее экономическое значение имеют месторождения осадочного и атмосферного цикла, на долю которых приходится около 75% мирового производства и около 88% запасов железной руды.
Рудные породы, образующие отложения, содержат, помимо железорудных минералов, части осадочной породы, особенно силикаты и карбонаты, а также минеральные соединения, например, фосфор, мышьяк, медь, титан, ванадий, серу, марганец, никель и хром.
Значительные запасы магнетитовых и гематитовых руд (оксидных руд) расположены в Швеции (Кируна, Бонат), в России (Северный и Средний Урал), в Южной Африке (Намибия), США и Канаде.
Месторождения железного шпата (карбонатной руды) и красной железной руды находятся в Зигерланде (Германия), Словакии, Боснии и Австрии. Другие важные месторождения находятся в Карпатах (Румыния), недалеко от Бильбао (Испания), в Алжире, в Тунисе, а также в Камберленде (Англия).
Месторождения бурого железа расположены в Лотарингии (Франция), на Керченском полуострове (Россия) и в Алабаме (США).
Метаморфические месторождения железа с полосчатыми железными кварцитами находятся в США (хребет Месаби, штат Миннесота; округ Маркетт, штат Мичиган), в Канаде (Лабрадор), Бразилии (Минас-Жерас), Венесуэле (Серро-Боливар), России (Курск) и Украине (Кривой Рог).
Производство и использование
Сырье
В качестве сырья для производства железных оксидов (железных пигментов) руд (например, магнетита, гематита и лимонита), побочных продуктов из остатков из хрома, титана и титанового пигмента.
Процесс производства и обработки
Чугун извлекается из руд восстановлением. Традиционным способом является восстановление с помощью углерода (кокса) в доменной печи. Однако этот метод все чаще заменяется процессами, в которых больше не требуется углерод в качестве восстановителя, например электроплавлением. Лом и материалы для переработки часто добавляются только во время производства стали для контроля свойств материала.
Железосодержащие сульфидные минералы используются при производстве титана и титанового пигмента, а также в производстве серной кислоты и сероводорода.
Некоторые другие металлы, содержащиеся в железных рудах, переходят в шлаки во время обработки и затем могут быть получены в процессах вторичной плавки.
Производство синтетических оксидов железа (пигментов)
Пигменты оксида железа осаждаются из водного раствора с использованием различных методов. Размер частиц пигментов может зависеть от изменения условий производства. Размер частиц пигмента в свою очередь определяет его цветовой оттенок. Цветовой эффект пигментов оксида железа основан на рассеянии света и поглощении световых квантов из видимого спектрального диапазона.
Так называемый «желтый пигмент» (гетит, α — FeOOH) и коричневый маггемит (γ — Fe2O3), производимые для магнитных лент, имеют игольчатую форму. «Красный пигмент» (гематит, α — Fe2O3) кристаллизуется в основном в форме тромбоцитов, в то время как «черный пигмент» (магнетит, Fe3O4) часто имеет сферические («объемные») структуры частиц.
Все железооксидные пигменты имеют тенденцию образовывать агломераты.
Области применения
Оксиды железа используются, с одной стороны, для производства железа и стали, а также в качестве пигментов и для специальных применений. Например, в качестве катализаторов в процессе Хабера-Боша (для производства аммиака).
Использование синтетических оксидов железа
Железные пигменты используются в качестве красок и лаков, а также в качестве средств защиты от ржавчины. Они также являются компонентом чернил, пластиков, строительных материалов, бумаги, керамики, стекла и эмали. Пигменты «железооксидный красный» и «железооксидный черный» используются в косметической промышленности в качестве ингредиентов для пудр, косметики, теней для век и тонирующих кремов.
Благодаря своим магнитным свойствам, магний, часто легированный кобальтом, используется в дополнение к диоксиду хрома при производстве электромагнитных носителей (покрытия для магнитных лент).
