第一節鐵的介紹
在地球形成過程中,氣態元素不斷向外逃逸,形成地球大氣;易熔性的堿金屬及較輕的鋁矽酸鹽則富集於地球外層的地殼中;那些比較重難以熔化的鎂、鐵矽酸鹽以及金屬鐵,則向地球深處集中。即使這樣,鐵元素在地殼中含量也很高,僅次於氧、矽、鋁元素排第四位,約占5.5%。因此,地球內部含有豐富的鐵元素。
第二節鐵的特性
純鐵在常溫下是一種固態的、質地柔軟的銀白色金屬,密度為7.8克/厘米3。
純鐵有很好的延展性。被拉成細絲而不斷,碾成薄片而不裂。可以用小刀來切割它。
純鐵有良好的傳導性。能導熱,用鐵製杯子盛滿熱水後,會感受到杯子很燙手。能導電,聲音在鐵中的傳播速度是5263米/秒。
加熱到1535℃時,鐵由固態變成液態;加熱到2750℃,鐵由液態變為氣態。
純鐵能被磁性物體吸引,在磁場中,能被磁化,變成磁體。磁鐵礦的主要成分便是四氧化三鐵。
第三節鐵的發現過程
1.鐵的發現
鐵是人類日常生活生產中常用的金屬材料,在4萬年前,人類就能辨認鐵礦石並加以利用。
由於自然界中,純鐵極少,鐵大多存在於鐵礦中。
鐵的熔點很高,要讓鐵從礦物中還原為純鐵,需要很高的溫度,而古代人類當時隻學會燃燒木柴取火。所以人們能從銅礦中煉出銅來,卻無法從鐵礦裏煉出鐵。
人們當時是借用磁石和赭石來辨別鐵礦。
我們的祖先早在4萬年前就把它從自然界中辨別出來,所以我們能成為世界上最早煉鐵的民族之一。那時,北京周口店的山頂洞人就用赤鐵礦做成顏料用來畫畫(赭石),用赤鐵礦做成美麗的裝飾品掛在身上。赤鐵礦隻要和炭放在一起,在800℃~1000℃中燒煉,就能還原成金屬鐵了,所以赤鐵礦是自然界中最容易還原成金屬鐵的鐵礦物。
在2000多年前的春秋戰國時代,人們就有豐富的找礦經驗了,而且冶煉技術也很發達。先秦的人們在書裏記載著他們已經知道的銅、鐵、鉛、錫、金、銀、汞的礦物分布情況。《管子》就是那個時候留下來的這種類型的書。
《管子·地數篇》中記載:“山,上有赭者,其下有鐵。”這個赭,就是赭石。現在科學家已證實,很多鐵礦的表麵礦石,都會被風化成赭石,這是礦物共生現象。可見,古代人們對如何找礦、采礦,已經有了豐富的經驗,並把這些寶貴經驗都記錄在書裏。
2.鐵的應用
5000年前,人們就開始使用鐵了。那時,偶爾有天外飛來的隕鐵,落入人間,被人們拾到,人們格外珍惜這個上天送來的禮物,把它製造成鋒利的刀刃。
隕鐵是地球上最早被人類找到的天然鐵,它是天外的礦物,從宇宙掉落地球,它是自然界唯一存在的單質鐵。隕鐵中,鐵占98%以上。在人類還沒有掌握煉鐵技術的時候,偶爾撿到的一塊隕鐵,就是稀世珍寶。當時用它製造出的兵器,那是絕世利器。
3.人工煉鐵
在公元前1400年前,人們開始人工煉鐵。
最早,人們無意中把鐵礦石放在火中燒,結果,把鐵礦石燒熔化了,熔化後凝固的東西很特別,它很像那個隕鐵,這是人們最早煉出的鐵。這樣煉出的鐵很少,人們很珍惜它,把它作為美麗的裝飾物佩戴在身上。在公元前1400年,人們才用這種方法,嚐試著從鐵礦石中提煉生鐵。
中國煉鐵技術的起源:在公元前1700年的商朝,人們已經有了成熟的冶銅技術。冶銅技術是冶鐵技術的基礎。或許是當時在堅爐煉銅時,人們往爐裏加入的鐵礦石太多,當時爐溫很高,無意中把鐵礦石還原成鐵。抑或是人們在堅爐中試著加入鐵礦石冶煉,偶然得到了鐵。煉鐵術便是這樣產生的。
1990年,考古學家在河南三門峽虢國墓地挖出了一批文物,就有數件玉柄和銅柄鐵器。經過一番研究後,考古學家們一致認定,它們大多數是隕鐵製品,但是其中有一件很特別,是人工煉製的鐵製品。還有報道說,河北滿城西漢漢墓遺址出土的鐵器,也是人工煉製的,但還要等待專家們的鑒定。這些都是我國先民使用鐵的跡象。這些跡象表明,在周朝,已經開始人工冶鐵。
第四節人類煉鐵和製鋼技術的發展
1.古代煉鐵
古代煉鐵演進曆程(1)熟鐵的冶煉
在公元前1000年,在地中海東岸地區,那裏的人們把鐵礦和木炭放在一起,加熱到800℃~900℃,還原出了人類自己煉製的第一塊鐵。這就是鐵的“塊煉法”。