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铁的重要性和应用:地球上最丰富的元素,日本的吹铁传统

时间:2023-11-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:铁在地壳中的含量位居第四,是整个地球中含量最多的元素,地核的绝大部分都是熔融状态下的铁。日本最有名的是用砂铁和木炭进行的“吹铁”。日本是从弥生时代的后半期到末期开始炼铁的。到大正末期时,吹铁法已经完全消失了。最近,日本为了保护传统技术,各地又重新出现了吹铁法。一般的铁放到稀盐酸中,会释放氢气并逐渐溶解。红血球的红色来源于血色素,血色素含有由红色蛋白质构成的色素。铁不足会导致贫血。

铁的重要性和应用:地球上最丰富的元素,日本的吹铁传统

Iron
相对原子质量55.85

来源于希腊语的ieros(强的)。元素符号来源于拉丁语的ferrum(铁)。

铁是银白色金属。铁、钴、镍是代表性的带有强磁性的金属(能被磁铁吸引)。铁自公元前5000年就被人类使用,直到今天,依旧是铁器文明的时代。

铁在地壳中的含量位居第四,是整个地球中含量最多的元素,地核的绝大部分都是熔融状态下的铁。

铁被广泛应用于建筑业、日用品行业等。

铁还可以制成性能优良的合金(两种以上金属混合制成的金属)。含有0.04~1.7%碳的合金叫作钢,其质地非常强韧,被用于制作钢筋、铁轨等。除合金外,在钢的表面电镀的制品中有白铁皮和马口铁。表面镀锌的就是白铁皮;表面镀锡的就是马口铁。

宝宝和食品的脱氧剂中含有铁粉,它们都是利用了铁的氧化反应。人体的红细胞中血色素是含有铁的蛋白质,它可以将氧气运到人体内,因此铁是人体必不可少的元素之一。

我们的文明是从石器发展到金属器的。金属可以自由加工,质地更硬,大大推进了文明的发展进程。

在金属器时代中,最先出现的是青铜器。青铜是铜和锡的合金。自然界中存在铜单质,从铜矿石中获取铜也很方便。

但是,从铁矿石,也就是氧化铁中提取出铁很难,因为氧和铁的结合太强了。可铁无论是作为农具还是作为武器,都比铜制品好太多了,即使很难获取,人类还是将青铜器文明推动到了铁器文明。

尤其是到了18世纪,工业革命推动了机械文明,金属作为各种机械的材料被大家更为广泛地使用。起初,人们用木炭燃料,通过自然风、人力、水力制风来还原氧化铁,提取铁。日本最有名的是用砂铁和木炭进行的“吹铁”。

随后,人们在炼铁炉中加入焦炭,再用蒸汽机吹风来还原铁矿石,从而大规模炼铁。在炼铁炉中放入铁矿石、石灰石、焦炭,再从炉子下方送入热空气,焦炭燃烧放热,铁矿石被一氧化碳还原成铁单质。

得到的生铁会在炉底堆积,杂质会浮在表面。炼铁炉得到的生铁含有很多碳,因此质地比较脆。把生铁移到其他炉内,通入氧气后就得到钢。钢的含碳量很低(0.04%~1.7%),非常坚韧,用于制造钢筋和铁轨。

现在,虽然我们也常用铝、钛等金属,但最主要的还是铁,我们依旧处在铁器文明的长河中。(www.xing528.com)

日本是从弥生时代(公元前300~250)的后半期到末期开始炼铁的。

所谓“吹铁”,就是在炉内放入原料和木炭,点火,再用吹风器吹风加大火力精炼铁的方法。

吹风器从手持式发展到铝脚踏式,到江户时代(1603~1868)时,人们已经可以进行大规模吹铁了。

但是,吹铁法需要耗费大量人力、与铁同等数量的木炭,且产出的钢只有原料铁的30%,因此明治时代(1868~1912)后半期吹铁法就逐渐被使用炼铁炉的洋式制铁法所代替。到大正(1912~1926)末期时,吹铁法已经完全消失了。

最近,日本为了保护传统技术,各地又重新出现了吹铁法。日本制刀业使用的玉钢非常适合用吹铁法制得,因此日本刀剑美术保存协会在岛根县建设了一个吹铁炼铁场,现在那里依旧在运行。

去除掉铁中包含的碳、磷、硫等杂质,纯度为99.999%以上的铁,和包含0.1%杂质的一般纯铁有着完全不同的性质。

这种超高纯度的铁是日本东北大学金属材料研究所的安彦兼次客座教授通过高真空电解铁、使用电子枪的区域熔炼法来减少杂质,最终于1999年成功制出的。

一般的铁放到稀盐酸中,会释放氢气并逐渐溶解。但超高纯度的铁放到稀盐酸中,很少冒气泡,其耐酸性提高了10倍以上。并且,它比一般的铁拥有更高的可塑性(承受超过极限的力后,会持续发生形变,力除去后,保持形变不会复原的性质),即使处于液氦的超低温状况下,也不会失去可塑性。

超高纯度的铁为我们展示了铁的“素颜”状态。以它为原料制成的合金也展示出和我们经常看的铁合金所不同的性质。比如说,以它为原料的耐热合金可以有很强的加工性。

我们的身体中,含有4~5g铁,其中的70%都在血液中。血液之所以是红色的,是因为血液中有很多红血球这种红色细胞。红血球的红色来源于血色素,血色素含有由红色蛋白质构成的色素。铁与血色素结合,血色素又与氧气结合,向全身的细胞提供氧气。

铁不足会导致贫血。贫血中最常见的一种就是缺铁性贫血。含铁较多的食物有肝、菠菜等。

被称为“含铁之王”的羊栖菜中原来显示每100g含有55mg的铁,但后来官方数据改成了6.2mg,变成了原来的九分之一。这个新数据来源于日本文部科学省于2015年12月25日发布的《日本食品标准成分表(修订版)》。这个成分表总结了每日人体应当摄取的营养成分

据说羊栖菜的铁含量大幅减少的原因是,羊栖菜加工业从使用铁锅改用了不锈钢锅的缘故。由于不锈钢刀具的普及,干萝卜的含铁量也从9.7mg/100g下降为3.1mg/100g。由此可见,使用铁锅炒菜,可以增加食物中的含铁量。

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