最重要的金属——铁fe

我国是世界上最早发明冶炼铸铁的国家。我国考古工作者曾发现公元前五世纪的铁器，但数量不很多；另外，还发现公元前三、四世纪的铁器，数量较多，而且冶铸水平较高。如1950年，我国考古工作者曾在河南辉县固围村发掘战国时代的魏墓，发现铁制生产工具九十多件，其中有铁犁、铁锄、铁镰刀、铁斧、铁链等。从这些实物可以推断，我国劳动人民早在近三千年前的周代，已会冶炼铸铁了。到了公元前三、四世纪，我国铁器的使用便普遍起来。这说明我国使用铸铁的时间要比欧洲早出一千六百年，是我国古代劳动人民对世界冶金技术的伟大贡献。

自春秋以来，我国设有专门管理炼铁的“铁官”，也有专门经营炼铁的“铁商”。到了汉朝，我国已普遍用熟铁制造工具代替铸铁工具。到了唐朝，铁的年产量达一千多万斤。宋朝，铁的年产量达三千万斤以上。明朝，铁的年产量则高达九千万斤以上。明末宋应星著的《天工开物》一书，不仅对古代的炼铁技术作了详细地介绍，而且还画成了插图(图23)。作了形象的描绘。

铁在地壳中的藏量为4.2%，就金属而论，仅次于铝，占第二位。据不完全统计，到1971年，世界各国已查明的铁矿储量为2500亿吨以上。另外，还有5000亿吨属可利用的铁矿资源。在大自然中，纯净的金属铁很少——只有从天上掉下来的“陨石”才几乎是纯铁（仅含一点点杂质镍ni），绝大部分铁都是以化合物的状态存在：乌黑发亮、具有磁性的磁铁矿fe3o4，紫红色的赤铁矿fe2o3，棕黄色的褐铁矿2fe2o3·3h2o，黑灰色的菱铁矿feco3，金光闪闪的黄铁矿fes2。除了黄铁矿含硫太高，不适用于炼铁，一般只用作制造硫酸的原料外，磁铁矿等都是炼铁的原料。

纯净的铁是银白色的金属，富有延展性。不过，纯铁的机械强度不高，在工业上不很常用。通常所说的“钢铁”，这“钢”与“铁”是两回事。在工业上，铁是分生铁、熟铁两种——生铁含碳1.7-4.5%，熟铁含碳0.1%以下，而钢呢？含碳量在0.1-1.7%之间。因此，生铁、钢、熟铁的不同，主要在于含碳量的不同。

随着含碳量的高低不同，生铁、钢、熟铁的性能大步相同，用途也不同：生铁很脆，一般是浇铸成型，所以又称“铸铁”，如铁锅、火炉等，在工业上用来制造机床的床身、蒸气机和内燃机的汽缸等，它的成本比较低廉、耐磨，但没有延性和展性，不能锻打。熟铁所含杂质少，接近于纯铁，韧性强，可以锻打成型，所以又叫“锻铁”，如铁勺、锅铲等。钢的韧性好，机械强度又高，在工业上的用途最广。按含碳量的高低，分为三种碳素钢，即低碳钢（含碳低于0.25%），中碳钢（含碳在0.25-0.6%之间），高碳钢（含碳0.6%以上）。含碳约多，钢的强度越大，硬度越高，但韧性、塑性却越差。由于低碳钢的性能与熟铁近似，而成本比熟铁低得多，现在工业上大都用低碳钢代替熟铁，如制造铁丝、铆钉、白铁皮（镀锌zn）、马口铁（镀锡sn）等。碳素钢广泛的被用来制造各种机器零件，如齿轮、凸轮、螺帽、铁轨、钢筋等等；日常生活中用的刀、手表壳、钢笔尖、针、剪刀等。另外，在钢中加入各种不同的金属或非金属，可以制成许多性能不同的合金钢。如含镍ni 36%的镍钢几乎不因冷热而热胀冷缩，用来制造精密仪表零件；含18%钨w的钨钢，即使已炽热，仍非常坚硬，用来制造高速切割的车刀；含少量钒v的钒钢，可使钢的弹性增加一倍，用来制造各种弹簧；含2.5%硅si的硅钢做成硅钢片，用作变压器的铁心，不仅可减少变压器发热现象，而且大量节约了电能。

在工业上，人们是在高炉中把铁矿同焦炭、石灰石等混合在一起，在高温下炼制铁 、 、 。焦炭是作为燃料与还原剂，石灰石则用来除去铁矿中的杂质，如氧化硅、硫、磷等。从高炉中炼出来的是生铁。生铁还需放入转炉或平炉、电炉中，除去部分碳，炼制成钢。