Химия Железа 3120.

Химия Железа



Министерство образования Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный Горный Институт им. Г.В. Плеханова
(технический университет)










Кафедра общей и неорганической химии



Реферат

На тему: "Химия железа"















Выполнил:
студент гр. ИЗ-99-1
Брук Б.М.

Проверил:
Профессор
Чиркст Д.Э.






Санкт-Петербург
2000 год.







Оглавление:

I. НАХОЖДЕНИЕ ЖЕЛЕЗА В ПРИРОДЕ. ОСНОВНЫЕ МИНЕРАЛЫ И ИХ СВОЙСТВА. 3
II. ТЕХНОГЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ ПОСТУПЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА В ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ. 4
III. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖЕЛЕЗА, ЕГО ОСНОВНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. 5
IV. ВРЕДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ЖЕЛЕЗА, ИСТОЧНИКИ ИХ ПОСТУПЛЕНИЯ В ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ, СВОЙСТВА, ПОРАЖАЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ, ПДК, СПОСОБЫ ОЧИСТКИ. 7
V. ПОЛУЧЕНИЕ ЖЕЛЕЗА И ЕГО ОСНОВНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, ИХ ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ. 9
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ: 12

I. Нахождение железа в природе. Основные минералы и их свойства.

Железо - самый распространенный после алюминия металл на земном шаре; оно составляет около 5% земной коры. Встречается железо в виде различных соединений: оксидов, сульфидов, силикатов. В свободном виде железо находят в метеоритах, изредка встречается самородное железо (феррит) в земной коре как продукт застывания магмы.
Железо входит в состав многих минералов, из которых слагаются месторождения железных руд.
Основные рудные минералы железа:
Гематит (железный блеск, красный железняк) - Fe2O3 (до 70% Fe);
Магнетит (магнитный железняк) - Fe3O4 (до 72,4% Fe);
Гетит - FeOOH
Гидрогетит - FeOOH*nH2O (лимонит) - (около 62% Fe);
Сидерит - Fe(CO3) (около 48,2% Fe);
Пирит - FeS2

Месторождения железных руд образуются в различных геологических условиях; с этим связано разнообразие состава руд и условий их залегания. Железные руды разделяются на следующие промышленные типы:
1. Бурые железняки - руды водной окиси железа (главный минерал - гидрогетит), 30-55% железа.
2. Красные железняки, или гематитовые руды (главный минерал - гематит, иногда с магнетитом), 51-66% железа.
3. Магнитные железняки (главный минерал - магнетит), 50-65% железа.
4. Сидеритовые или карбонатные осадочные руды, 30-35% железа.
5. Силикатные осадочные железные руды, 25-40% железа.
Большие запасы железных руд находятся на Урале, где целые горы (например Магнитная, Качканар, Высокая и др.) образованы магнитным железняком. Большие залежи железных руд имеются вблизи Курска, на Кольском полуострове, в Западной и Восточной Сибири, на дальнем Востоке. Богатые залежи имеются на Украине.
Железо является также одним из наиболее распространенных элементов в природных водах, где среднее содержание его колеблется в интервале 0,01-26 мг/л.
Животные организмы и растения аккумулируют железо. Активно аккумулируют железо некоторые виды водорослей, бактерии.
В теле человека содержание железа колеблется от 4 до 7г (в тканях, крови, внутренних органах). Железо поступает в организм с пищей. Суточная потребность взрослого человека в железе составляет 11-30мг. В основных пищевых продуктах содержится следующее количество железа (в мкг/100г.):
Рыба - 1000
Мясо - 3000
Молоко - 70
Хлеб - 4000
Картофель, овощи, фрукты - от 600 до 900


II. Техногенные источники поступления железа в окружающую среду.

В зонах металлургических комбинатов в твердых выбросах содержится от 22000 до 31000 мг/кг железа.
В прилегающие к комбинатам почвы поступает до 31-42 мг/кг железа. Вследствие этого железо накапливается в огородных культурах.
Много железа поступает в сточные воды и шламы от производств: металлургического, химического, машиностроительного, металлообрабатывающего, нефтехимического, химико-фармацевтического, лакокрасочного, текстильного.
Содержание железа в составе сырого осадка, выпадающего в первичных отстойниках крупного промышленного города, может достигать 1428 мг/кг.
Пыль, дым промышленных производств могут содержать большие количества железа в виде аэрозолей железа, его оксидов, руд.
Пыль железа или его оксидов образуется при заточке металлического инструмента, очистке деталей от ржавчины, прокате железных листов, электросварке и при других производственных процессах, в которых имеют место железо или его соединения.
Железо может накапливаться в почвах, водоемах, воздухе, живых организмах.
Основные минералы железа подвергаются в природе фотохимическому разрушению, комплексообразованию, микробиологическому выщелачиванию, в результате чего, железо из труднорастворимых минералов переходит в водные объекты.
Железосодержащие минералы окисляются бактериями типа Th. Ferrooxidans.
Окисление сульфидов можно описать в общем виде на примере пирита следующими микробиологическими и химическими процессами:






Как видно, при этом образуется еще один загрязняющий поверхностные воды компонент - серная кислота.
О масштабах ее микробиологического образования можно судить по такому примеру. Пирит - обычный примесный компонент угольных месторождений, и его выщелачивание приводит к закислению шахтных вод. По одной из оценок, в 1932г. в реку Огайо (США) с шахтными водами поступило около 3 млн. тонн H2SO4.
Микробиологическое выщелачивание железа осуществляется не только за счет окисления, но и при восстановлении окисленных руд. В нем принимают участие микроорганизмы, относящиеся к разным группам. В частности, восстановление Fe3+ до Fe2+ осуществляют представители родов Bacillus и Pseudomonas, а так же некоторые грибы.
Упомянутые здесь широко распространенные в природе процессы протекают так же в отвалах горнорудных предприятий, металлургических комбинатов, производящих большое количество отходов (шлаки, огарки и т.п.).
С дождевыми, паводковыми и грунтовыми водами высвобождающиеся из твердых матриц металлы переносятся в реки и водоемы. Железо находится в природных водах в разных состояниях и формах: в истинно растворенной форме входят в состав донных отложений и гетерогенных систем (взвеси и коллоиды).
Донные отложения рек и водоемов выступают в качестве накопителя железа. При определенных условиях железо может высвобождаться из них, в результате чего происходит вторичное загрязнение воды.

III. Химические свойства железа, его основные соединения.

Железо - элемент VIII группы периодической системы. Атомный номер 26, атомный вес 55,85 (56). Конфигурация внешних электронов атома 3d64s2.
По химическим свойствам железо как переходный элемент близок к соседним элементам той же группы периодической системы - никелю и кобальту.
В соединениях железо чаще 2-х и 3-х валентно, но известны также валентности 1, 4 и 6.
Для высших валентных состояний железа характерны кислотные сво