Есть ли чистое железо?

В книге профессора В. С. Меськина о производстве высококачественной стали можно прочесть: "Технические свойства химически чистого железа еще неизвестны, так как до сих пор химически чистое железо не получено даже в лабораториях". Удивительно, не правда ли? В мире ежегодно производится сотни миллионов тонн стали и, оказывается, люди не могут увидеть чистого железа.

Многие полученные ранее данные о структуре и свойствах железа и его сплавов устарели, так как были определены на недостаточно чистых образцах. Механические, электрические и химические свойства чистейшего железа отличаются от свойств технического железа. Поэтому металловедам очень важно получить чистейшие металлические кристаллы и исследовать их свойства. Сейчас закладываются основы металловедения железа и стали особо высокой чистоты, что бесспорно отразится на развитии других областей техники. Профессор Е. М. Савицкий прав, говоря, что вся новая техника построена на вновь определенных свойствах материалов.

Изучая чистое железо, выяснили, что оно имеет хорошие магнитные свойства. Магнитная проницаемость чистого железа в 50 раз выше, чем обычного технически чистого железа, содержащего около 0,665% примесей. Коэрцитивная сила (способность быстрого размагничивания) ниже, чем у технически чистого железа. Это объясняется тем, что коэрцитивная сила изменяется при малейших искажениях кристаллической решетки, вызываемых примесями. Чистое железо обладает очень высокой стойкостью против коррозии. Другие свойства с увеличением чистоты железа изменяются значительно слабее.

Говоря о чистом железе, интересно отметить, что, кроме самородков золота и платины, встречается в природе и самородное железо. Оно упоминается в "Словаре коммерческом" В. Левшина (1789 г.): "Так называется железо, совсем приуготовленное природою в недрах земных и совсем очищенное от веществ посторонних столько, что можно из него ковать без переплавки всякие вещи. Г. Руель получил через Восточно-индийскую компанию кусок такого самородного железа из Сенегала, где находится оное в превеликих глыбах. Сей ученый химик ковал оное в прутки и нашел, что оное без переплавки на всякую поделку способно. В Сибири во многих местах находят самородное железо".

Крупное скопление самородного железа в 1870 г. было найдено в Овифаке, на южном берегу о. Диско в Западной Гренландии. Оно залегало в базальте, извергнутом через залежи каменного угля в виде блесток, зерен и иногда мощных глыб. Здесь встречалось также природное "сварочное железо" и "натуральная сталь".

В природе есть еще два весьма редко встречающихся естественных железоникелевых сплава - аварюст (FeNi₂) и жозефинит (Fe₃Ni₅), которые найдены в виде гранул и мелкой гальки. Самородное железо встречается очень редко и потому практического значения не имеет. В отличие от метеоритного железа, всегда содержащего сравнительно много никеля, самородное содержит не более 2% никеля, иногда до 0,3% кобальта, около 0,4% меди и до 0,1% платины, оно обычно очень бедно углеродом.

Однако при известных условиях происходит и образование самородного чугуна, например вследствие контакта раскаленного углерода с железной рудой и получающимся из нее сплавом. В 1905 г. русский геолог А. А. Иностранцев обнаружил в районе Русского острова на Дальнем Востоке небольшие пластообразные скопления самородного чугуна, находящегося на глубине 30-40 м под скальными породами морского берега. В извлеченных через буровую скважину образцах чугуна оказалось около 3,2% углерода, 1,55% кремния, 0,66% марганца.

Образование самородного железа в земной коре связано с процессами застывания магм. Выделяется оно из окислов или сульфидов железа в результате восстановительных процессов, протекающих при содержании в магме углерода. Поэтому вместе с самородным железом находят минерал когенит - железоникельный карбид (FeNiCO)₃C. По мнению А. А. Иностранцева, самородный чугун с Русского острова образовался в результате извержения огненно-жидкого потока горной породы - кварцевого порфира на поверхность обнаженных слоев каменного угля, среди которых имелось несколько слоев железной руды. В присутствии этой естественной шихты под влиянием высоких температур и без доступа воздуха произошло выделение из каменного угля углеводородов и окиси углерода. Эти соединения химически взаимодействовали со слоями железной руды, превращая их в массу чугуна.

Какая же все-таки степень чистоты железа достигнута в наши дни? В наиболее чистом, карбонильном железе содержится всего 0,00016% примесей. Много ли это? В известной железной колонне в Дели, славящейся чистотой железа, примесей содержится 0,28000%, т. е. в 1750 раз больше.