[科普中国]-再生铁

再生铁，又称废铁。是指生活中的铁质废弃物或工业生产过程中的铁金属废料、铁屑等。

基本概述主要用途

再生铁作为生产配料用于铁制品、钢制品及各种合金金属制品等的生产。其化合物还用作磁铁、染料（墨水、蓝晒图纸、胭脂颜料）和磨料（红铁粉）等等。

发展历史我国从东周时就有使用再生铁，即将废旧铁物料回炉重熔。到20世纪,出现了专业化的再生金属工业,并得到蓬勃发展。金属，特别是有色金属的废料回收，有利于环境保护和资源的利用，具有投资省、能耗少、经济效益显著的特点。因而，再生有色金属产量在各国总产量中的比重逐年上升中国也兴建了再生有色金属工厂。

铁的知识元素原子量：55.85

元素类型：金属元素

质子数：26

中子数：30

所属周期：4

所属族数：VIII

电子层分布：2-8-14-2

原子体积:(立方厘米/摩尔)：7.1

晶体结构：面心立方和体心立方

元素描述： 柔韧而有延展性的银白色金属。在地壳中含量第四（百万分之56300），在宇宙中含量第九。

元素来源： 取自铁矿。把石灰石、焦炭和铁矿石分层投入高炉，自底部鼓入高温气流，使得焦炭炽热发红，于是铁被从氧化物中还原出来，熔化成液态，从炉底流出。

分布：铁是地球上分布最广的金属之一。约占地壳质量的5.1%，居元素分布序列中的第四位，仅次于氧、硅和铝。1

基本性质铁活泼，为强还原剂，化合价有0、+2、+3、+6，最常见的价态是+2和+3。在室温下，铁可缓慢地从水中置换出氢，在500℃以上反应速度增大：

铁在干燥空气中很难跟氧气反应，但在潮湿空气中很容易发生电化学腐蚀，若在酸性气体或卤素蒸气氛围中腐蚀更快。铁可以从溶液中还原金、铂、银、汞、铜或锡等离子。

辅助资料铁在自然界中分布极广，但是人类发现和利用铁却比黄金和铜要迟。这首先是由于天然单质状态的铁在地球上是找不到的，而且它容易氧化生锈，再加上它的熔点（1535℃）又比铜（1083℃）高得多，使它比铜难以熔炼。

人类最早发现铁是从天空落下的陨石，陨石含铁的百分比很高（铁陨石中含铁90.85%），是铁和镍、钴的混合物。考古学家曾经在古坟墓中，发现陨铁制成的小斧；在埃及第五王朝至第六王朝的金字塔所藏的宗教经文中，记述了当时太阳神等重要神像的宝座是用铁制成的。铁在当时被认为是带有神秘性的最珍贵的金属，埃及人干脆把铁叫做“天石”。在古希腊文中，“星”和“铁”是同一个词。

1978年，在北京平谷县刘河村发掘一座商代墓葬，出土许多青铜器，最引人注目的是一件古代铁刃铜钺，经鉴定铁刃是由陨铁锻制的，这不仅表明人类最早发现的铁来自陨石，也说明我国劳动人民早在3300多年前就认识了铁并熟悉了铁的锻造性能，识别了铁和青铜在性质上的差别，并且把铁锻接到铜兵器上，加强铜的坚利性。

由于陨石来源极其稀少，从陨石中得来的铁对生产没有太大作用，随着青铜熔炼技术的成熟，才逐渐为铁的冶炼技术发展创造了条件。我国最早人工冶炼的铁是在春秋战国之交的时期出现的，距今大约2500年。我国炼钢技术发展也很早，1978年，湖南省博物馆长沙铁路车站建设工程文物发掘队从一座古墓出土一口钢剑，从古墓随葬陶器的器型，纹饰以及墓葬的形制断定是春秋晚期的墓葬。这口剑所用的钢经分析是含碳量0.5%左右的中碳钢，金相组织比较均匀，说明可能还进行过热处理。

古代劳动人民的炼铁技术也是杰出的，至今竖立在印度德里立附近一座清真寺大门后的铁柱，是用相当钝的铁铸成的，当时如何生产这样的铁，现代人也认为是一个奇迹。由人分析了它的成分，含铁量大于99.72%，其余是碳0.08%，硅0.046%，硫0.006%，磷0.114%。

开创现代炼钢新纪元的是一名叫贝塞麦的浇铸工人，他在1856年8月11日宣布了他的可倾倒式转炉。

随着工业发展，在生产建设和生活中出现大量废钢和废铁，这些废料在转炉中不能使用，于是出现了平炉炼钢，是由德国西门子兄弟以及法国马丁兄弟同时创建的，时间是在19世纪60年代初。

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铁的发现和大规模使用，是人类发展史上的一个光辉里程碑，它把人类从石器时代、铜器时代带到了铁器时代，推动了人类文明的发展。至今铁仍然是现代化学工业的基础，人类进步所必不可少的金属材料。

铁的形成相对原子质量55.847。铁有多种同素异形体。铁是比较活泼的金属，在金属活动顺序表里排在氢的前面。常温时，铁在干燥的空气里不易与氧、硫、氯等非金属单质起反应，在高温时，则剧烈反应。铁在氧气中燃烧，生成Fe3O4，赤热的铁和水蒸气起反应也生成Fe3O4。铁易溶于稀的无机酸和浓盐酸中，生成二价铁盐，并放出氢气。在常温下遇浓硫酸或浓硝酸时，表面生成一层氧化物保护膜，使铁“钝化”，故可用铁制品盛装浓硫酸或浓硝酸。但FeO·Fe2O3不符合Fe3O4不与稀酸反应的性质，经光谱检验，应为Fe(+3)Fe(+2)[Fe(+3)O4]，即铁酸铁与铁酸亚铁的复合盐。铁的+3价化合物较为稳定，但有较强的氧化性，能把铜氧化成+2价（2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2，常温下即可反应，用于刻蚀铜板）

铁是一种光亮的银白色金属。密度7.86克/厘米3。熔点1535℃，沸点2750℃。常见化合价+2和+3，有好的延展性和导热性。也能导电。纯铁既能磁化，又可去磁，且均很迅速。电离能为7.870电子伏特。化学性质比较活泼，是一种良好的还原剂。若有杂质，在潮湿的空气中易锈蚀；在有酸气或卤素蒸气存在的湿空气中生锈更快。易溶于稀酸。在浓硝酸中能被钝化。加热时均能同卤素、硫、硅、碳、磷等化合。除生成+2和+3价氧化物外，还有复合氧化物Fe3O4（是磁性氧化物）生成。铁是工业部门不可缺少的一种金属。铁与少量的碳制成合金——钢，磁化之后不易去磁，是优良的硬磁材料，同时也是重要的工业材料。

使用要求再生铁金属原料来自四面八方,往往是黑色金属、有色金属及其合金的混杂物，而且夹杂有塑料、橡胶、油漆、油脂、木料、泥沙、织物等。在冶炼前必须进行以下流程：

1.分类：由于原料来源混乱、材料性质驳杂，必须采用人工进行分类整理归置，以便于后期工作的进行；

2.解体：许多物料必须拆分解体，才能将其中的再生铁部分分解出来，也利于人工筛除其他杂质；

3.筛分：筛除其他杂质或磁选出铁成分；

4.压块：使用HDYJ金属压块机（包括金属屑压块机、金属打包机）将在生铁物料作压块处理，以便于储运及减少回收再利用过程中运输、冶炼的损耗。

此外，根据不同的生产需求，还要进行破碎、干燥、预焚烧、脱脂磨细等生产工序。

混杂过于严重的合金废料，则用作重新冶炼提取金属的原料。2

化学性质**[铁的化学性质之一]**

相对原子质量55.847。铁有多种同素异形体，如α铁、β铁、γ铁、б铁等铁是一变价元素，常见价态为+2和+3。铁与硫、硫酸铜溶液、盐酸、稀硫酸等反应时失去两个电子，成为+2价。与Cl2、Br2、硝酸及热浓硫酸反应，则被氧化成Fe3+。铁与氧气或水蒸气反应生成的Fe3O4，可以看成是FeO·Fe2O3，其中有1/3的Fe为+2价，另2/3为+3价。铁的+3价化合物较为稳定。

铁溶于热的或较浓的硝酸中，生成硝酸铁并释放出氮的氧化物。在浓硝酸或冷的浓硫酸中，铁的表面形成一层氧化薄膜而被钝化。铁与氯在加热时反应剧烈（2Fe+3Cl2===2FeCl3）。铁也能与硫、磷、硅、碳直接化合。铁与氮不能直接化合，但与氨作用，形成氮化铁Fe2N。

铁的最重要的氧化态是+2和+3。二价铁离子呈淡绿色，在碱性溶液中易被氧化成三价铁离子。三价铁离子的颜色随水解程度的增大而由黄色经橙色变到棕色。纯净的三价铁离子为淡紫色。二价和三价铁均易与无机或有机配位体形成稳定的配位化合物，如 Phen为菲罗林，配位数通常为6。零价铁还可与一氧化碳形成各种羰基铁，如Fe(CO)5、Fe2(CO)9、Fe3(CO)12。羰基铁有挥发性，蒸气剧毒。铁也有+4、+5、+6价态的化合物，但在水溶液中只有+6价的。

化合物 主要有两大类：亚铁Fe（Ⅱ)和正铁Fe（Ⅲ）化合物，亚铁化合物有氧化亚铁(FeO)、氯化亚铁(FeCl2)、硫酸亚铁（FeSO4）、氢氧化亚铁{Fe(OH)2}等；正铁化合物有三氧化二铁(Fe2O3)、三氯化铁(FeCl3)、硫酸铁{Fe2(SO4)3}、氢氧化铁{Fe(OH)3}等。

如在亚铁氰化钾K4[Fe(CN)6]·3H2O（俗名：黄血盐）和铁氰化钾K3[Fe(CN)6]（俗名：赤血盐）中。铁与环戊二烯的化合物二茂铁，是一种具有夹心结构的金属有机化合物。

【铁的化学性质之三种状态】

铁的电子构型为(Ar)3d64s2，氧化态有0、+2、+3、+4、+5、+6。铁的化学性质活泼，为强还原剂，在室温条件下可缓慢地从水中置换出氢，在500℃以上反应速率增高： 3Fe+4H2O(g)===Fe3O4+4H2↑

铁在干燥空气中很难与氧发生作用，但在潮湿空气中很易腐蚀，若含有酸性气或卤素蒸气时，腐蚀更快。铁可从溶液中还原金、铂、银、汞、铋、锡、镍或铜等离子，如： CuSO4+Fe===FeSO4+Cu

铁溶于非氧化性的酸如盐酸和稀硫酸中，形成二价铁离子并放出氢气；在冷的稀硝酸中则形成二价铁离子和硝酸铵：

Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑4Fe+10HNO3===4Fe(NO3)2+NH4NO3+3H2O

【铁的化学性质之四**----**工业制取】

C+O2===(点燃)CO2(提供热量和CO2)

CO2+C===(高温)2CO

Fe2O3+3CO===(高温)2Fe+3CO2

CaCO3+SiO2===(高温)CaCO3+CO2↑

铁的来源铁是地壳中较丰富的元素，仅次于氧、硅、铝。磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿是重要的铁矿。单体金属常用焦炭、铁矿石和石炭石为原料炼得。用氢气还原纯氧化铁可得到纯铁。含碳在1.7%以上的铁叫生铁（或铸铁）。含碳量少于0.2%的铁熔合体称为熟铁或锻铁。含碳量介于1.7-0.2之间的铁熔体叫做钢。生铁坚硬，但性脆；钢具有弹性；熟铁易于机械加工，但要比钢柔软。从生铁炼钢，就是减低生铁内的碳量，以及将硅、硫和磷杂质除去。

浮选发治理污水：以铁为阳极电解污水，阴极产生气泡（氢气）使污垢浮起，达到一定厚度使可去除，阳极产生的Fe2+遇到阴极产生的OH-生成具有吸附性的沉淀（Fe(OH)2被氧化成Fe(OH)3)，吸附杂质。

本词条内容贡献者为:

王宁 - 副教授 - 西南大学