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Introduction

 Properties

 Occurrence

 Uses

 Metallurgy

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Introduction

  

Iron or ferrum (latin word)

   Elemental symbol: Fe
   Atomic number:     26 
   Elemental group:   Transition element

    Metallic  iron  was  known  and  used  for 

ornamental  purposes  and  weapons  in 

prehistoric  ages.  The  earliest  specimen 

still extant, a group of oxidized iron beads 

found in Egypt, dates from about 4000 BC. 

The archaeological term Iron Age properly 

applies  to  the  period  when  iron  was  used 

extensively  for  utilitarian  purposes,  as  in 

tools, as well as for ornamentation. 

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Physical Properties

Iron is soft, malleable, and ductile. 

Iron  is  easily  magnetized  at  ordinary 
temperatures;  it  is  difficult  to  magnetize 
when  heated,  and  at  about  790°  C  (about 
1450° F) the magnetic property disappears.

Pure  iron  melts  at  about  1535°  C  (about 
2795°  F),  boils  at  2750°  C  (4982°  F),  and 
has a specific gravity of 7.86. 

The  atomic  weight  of  iron  is  55.847.

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Chemical Properties

It 

combines 

with 

the 

halogens 

(fluorine,  chlorine,  bromine,  iodine, 
and  astatine),  sulfur,  phosphorus, 
carbon, and silicon.

It displaces hydrogen from most dilute 
acids.

It 

burns 

in 

oxygen 

to 

form 

ferrosoferric oxide, Fe

3

O

(magnetite).

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Chemical Properties

When  exposed  to  moist  air,  iron  becomes 

corroded,  forming  a  reddish-brown,  flaky, 

hydrated  ferric  oxide  commonly  known  as 

rust. 

When iron is dipped into concentrated nitric 

acid, it forms a layer of oxide that renders it 

passive—that 

is, 

it 

does 

not 

react 

chemically  with  acids  or  other  substances. 

The  protective  oxide  layer  is  easily  broken 

through  by  striking  or  jarring  the  metal, 

which 

then 

becomes 

active 

again.

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Occurrence

Metallic iron occurs in the free state in only a 
few localities, notably western Greenland. It is 
found  in  meteorites,  usually  alloyed  with 
nickel.

In  chemical  compounds  the  metal  is  widely 
distributed  and  ranks  fourth  in  abundance 
among  all  the  elements  in  the  earth's  crust; 
next  to  aluminum  it  is  the  most  abundant  of 
all metals. 

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Occurrence

The principal ore of iron is hematite, which 
is  mined  in  the  United  States  in 
Minnesota, Michigan, and Wisconsin. 

Other  important  ores  are  goethite, 
magnetite,  siderite,  and  limonite  (bog 
iron).

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Occurrence

Pyrite, FeS, the sulfide ore of iron, is not 
processed  as  an  iron  ore  because  it  is 
too difficult to remove the sulfur.

 

Small  amounts  of  iron  occur  in 
combination in natural waters, in plants, 
and as a constituent of blood.

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Uses of Iron

Iron  is  used  in  processed  forms,  such  as 

wrought iron, cast iron, and steel. 

Commercially  pure  iron  is  used  for  the 

production of galvanized sheet metal and of 

electromagnets.

Iron compounds are employed for medicinal 

purposes in the treatment of anemia.

Iron 

is 

also 

used 

in 

tonics.

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Uses of Iron

The  most  important  ferrous  compound  is 
ferrous  sulfate  (FeSO

4

),  called  green  vitriol 

or copperas. It usually occurs as pale-green 
crystals  containing  seven  molecules  of 
water  of  hydration.  It  is  obtained  in  large 
quantities  as  a  by-product  in  pickling  iron 
and  is  used  as  a  mordant  in  dyeing,  as  a 
tonic  medicine,  and  in  the  manufacture  of 
ink 

and 

pigments.

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Uses of Iron

Ferric  oxide  or  hematite,  an  amorphous  red 

powder, is obtained by treating ferric salts with 

a base or by oxidizing pyrite. It is used both as 

a pigment, known as either iron red or Venetian 

red;  as  a  polishing  abrasive,  known  as  rouge; 

and as the magnetizable medium on magnetic 

tapes and disks. 

Ferric chloride, obtained as dark-green, lustrous 

crystals  by  heating  iron  in  chlorine,  is  used  in 

medicine  as  an  alcoholic  solution  called 

tincture 

of 

iron.

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Uses of Iron

Ferric  ferrocyanide  (Fe

4

[Fe(CN)

6

]

3

),  a  dark-

blue,  amorphous  solid  formed  by  the 

reaction  of  potassium  ferrocyanide  with  a 

ferric salt, is called Prussian blue. It is used 

as a pigment in paint and in laundry bluing 

to  correct  the  yellowish  tint  left  by  the 

ferrous salts in water. 

Potassium  ferricyanide  (K

3

Fe(CN)

6

),  called 

red  prussiate  of  potash,  is  obtained  from 

ferrous  ferricyanide  (Fe

3

[Fe(CN)

6

]

  2

;  also 

called  Turnbull's  blue),  and  is  used  in 

processing blueprint paper.

 

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Metallurgy of Iron

Reduction of iron oxide in the Blast furnace.

Materials:

 Concentrated iron ore
 Coke
 Blast of hot air
 Flux 

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Reactions taking place in the Blast 

furnace

Combustion of Coke

C

(s)

  +  O

2(g)  

 CO

2(g)

  + heat

   

CO

2(g)

 +  C

(s) 

 2CO

(g)

 Reduction of Fe

2

O

3

2Fe

2

O

3(s)

  + 3C

(s)  

 4Fe

(l)

  + 3CO

2(g)

Fe

2

O

3(s)

  + 3CO

(g)  

 4Fe

(l)

  + 3CO

2(g)

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Reactions taking place in the Blast 

furnace

 Calcination

CaCO

3(s)

  + heat   CaO

(s)

  +  CO

2(g)

 Slag formation

CaO

(s)

  + SiO

2(s)

   CaSiO

3(l)   

(slag)

CaO

(s)

  + Al

2

O

3(s)

   Ca(AlO

2

)

2(l)

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1. 

A blast furnace forces 

in extremely hot air 
through a mixture of ore, 
coke, and limestone, 
called the charge.

Iron Blast furnace

2. Carts called skips dump the 
charge into the top of the furnace, 
where it filters down through bell-
shaped containers called hoppers

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Iron Blast furnace

3. 

Once in the furnace, the     

charge is subjected to air blasts 
that may be as hot as 870° C 
(1600° F).

4. 

The  waste  metal,  called  slag, 

floats on top of the molten pig iron. 
Both  of  these  substances  are 
drained,  or  tapped,  periodically  for 
further processing.

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Products of the Blast furnace

  

Pig iron  - 93-95% Fe, 3-5% C, 1% 

Si,  0.1- 0.3% P, <1% S

 Waste gases – CO

2

 and CO

 Slag – CaSiO

3

 and Ca(AlO

2

)

2

Principal products of Iron

 

Cast iron

 Wrought iron
 Steel

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CAST IRON

This  is  pig  iron  melted  with  scrap 
Iron.  It is the least pure of all forms 
of iron containing 93% Fe & 5% C.

WROUGHT IRON

The  purest  form  of  iron  produced 
when  impurities  are  removed.    It 
contains 0.5% impurities.

STEEL

A form of iron which usually contains 
0.1 to 2% carbon.

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STEEL

Carbon 

steels

Carbon 

content

Uses

Low carbon 
steel

< 0.3%

Rivets, 

wires, nails

Medium 
carbon steel

0.3% to 

0.8%

Railroad 

rails, axles

High carbon 
steel

0.8% to 2%

Tools, 

springs, files

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Steel Making

 Bessemer Process

 Open-Hearth Method

 Basic Oxygen Process


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