• Artiklens indhold er godkendt af redaktionen

jern

Oprindelig forfatter VFB Seneste forfatter Redaktionen

Jern. Verdensproduktionen af jernmalm og råstål i 2006. De store malmproducerende lande (Brasilien og Australien) forsyner de store stålproducerende lande (Japan, USA og Europa). Kina er både malm- og stålproducerende. Den samlede produktion af jernmalm og råstål var på henholdsvis 1690 mio. t  og 1200 mio. t.

Jern. Verdensproduktionen af jernmalm og råstål i 2006. De store malmproducerende lande (Brasilien og Australien) forsyner de store stålproducerende lande (Japan, USA og Europa). Kina er både malm- og stålproducerende. Den samlede produktion af jernmalm og råstål var på henholdsvis 1690 mio. t og 1200 mio. t.

jern, grundstof nummer 26, placeret i det periodiske systems 8. gruppe; atomtegn Fe (af lat. ferrum, jern). Jern er et metal og er et af Solsystemets almindeligste grundstoffer med omtrent samme hyppighed som silicium og magnesium. Kun brint, helium, ilt, kvælstof, neon og kulstof er mere almindelige.

Jordens gennemsnitlige massefylde, 5,52 g/cm3, dens magnetfelt og udbredelsesmåden af de seismiske bølger har ført til den antagelse, at jordindret er meget jernrigt. Det kan dreje sig om en flydende jernkerne med en diameter på ca. 7000 km og indeholdende 8-10% nikkel og svovl. Visse observationer tyder på, at den allerinderste del, med en diameter på ca. 2800 km, udgøres af en fast nikkeljernkerne under stort tryk og ved høj temperatur. I så fald foreligger jernet dér i den såkaldte epsilonform, der har tætpakket hexagonal krystalstruktur. Det antages, at vore naboplaneter Merkur, Venus og Mars også har centrale jernkerner. Derimod mener man, at Månen kun har lidt jern.

Jern er et meget mærkeligt metal. Det er magnetisk indtil Curietemperaturen, 770 °C. Det har to allotrope former, ferrit og austenit, der er yderst forskellige. Ferrit er den form, som jernet foreligger i ved almindelige temperaturer. Austenit dannes, når jernet opvarmes over 910 °C, og denne form er betydelig mere duktil (bøjelig og strækbar) end ferrit. Dette har smedene opdaget allerede i oldtiden, hvorfor alt smedearbejde foregår ved temperaturer over 910 °C. Ferrit kan opløse en del silicium, fosfor og chrom, men kun meget lidt kulstof. Austenit derimod opløser især kulstof, nikkel og mangan. Isotopen 57Fe danner grundlag for en særlig analysemetode, Mössbauerspektroskopi.

Annonce

Egenskaber
Nummer26
AtomtegnFe
Navnjern
Relativ atommasse55,847
Densitet7,86 g/cm3 (20 °C)
Smeltepunkt1535 °C
Kogepunkt2750 °C
Opdagelsekendt siden oldtiden

Jern har en grålig brudflade, men det kan poleres, så det bliver skinnende blankt, "hvidt". Teknisk jern er i reglen kun 99,5% rent, resten er silicium, mangan, kulstof og ilt. Den reneste jernkvalitet, som fremstilles i større mængder, er Armcojern med ca. 99,8% jern. Små mængder af særlig rent jern (> 99,9% jern), kan fremstilles som elektrolytmetal eller som carbonyljern. Teknisk rent jern har en flydespænding på 180-220 MPa og en trækstyrke på 290-330 MPa. Ved flydespændingen viser jern et overraskende knækpunkt, der kan henføres til et for jern ejendommeligt samspil mellem kulstofatomer og dislokationer.

Jern forekommer som en væsentlig bestandel af meteoritter. Det udgør således ca. 90% af jernmeteoritterne. De langsomt kølede Cape York-meteoritter er opbygget af kæmpe jernkrystaller. Således er fragmentet Agpalilik en 20 t nikkeljernkrystal, der er 2 m i diameter. Krystallerne i teknisk jern er kun 0,02 mm i diameter, dvs. de har et 1015 gange mindre rumfang.

Jern. Verdensproduktion af råjern og råstål. Fra 1930'erne gør tilskuddet af genbrugsjern (skrot) sig stadig stærkere gældende med forholdsvis mindre produktion af råjern til følge sammenholdt med produktionen af råstål.

Jern. Verdensproduktion af råjern og råstål. Fra 1930'erne gør tilskuddet af genbrugsjern (skrot) sig stadig stærkere gældende med forholdsvis mindre produktion af råjern til følge sammenholdt med produktionen af råstål.

En poleret jerngenstand ruster ikke indendørs; men ved relativ fugtighed over 60% begynder jern at reagere pga. den store affinitet til ilt og vand. Rust er en samlebetegnelse for blandinger af jernoxider, jernhydroxider og amorfe nedbrydningsprodukter. Ved tilstedeværelsen af klorioner går nedbrydningen af jern særlig stærkt, fordi de ødelægger jernets passiverende oxidfilm. Jern, der er begravet i "græsrodsdybde", nedbrydes hurtigere end det, der ligger dybere nede i jorden eller er eksponeret på overfladen. I græsrodsdybde er der tilstrækkelig med ilt og kloridioner og en jævn fugtighed, så ødelæggelsen går hurtigt, bl.a. under dannelse af hibbingit og akaganeit. Massive jernklumper kan dog overleve længe, hvis klimaet er tørt, og der er få salte. Visse jernmeteoritter fra Chiles ørken og fra Antarktis kan vises at være faldet for mere end 500.000 år siden.

Jernmalm

Jern røber gerne sin tilstedeværelse ved rustbrune forvitringspletter. Forekomster med mindre end 25-30 vægtpct. jern er i dag ikke brydeværdige.

Magnetit (magnetjernsten) brydes bl.a. i de kolossale forekomster i Kiruna og Gällivare i Nordsverige. Selvom disse havde været kendt siden 1700-t., kunne de først, da de indeholdt fosfor, udnyttes efter Thomasprocessens opfindelse, og efter at jernbanen til Narvik var færdigbygget omkring 1903. I Bergslagen samt nær Arendal i Sydnorge findes fosforfattige magnetitforekomster, der har været brudt i mange hundrede år. Visse magnetitmalme har højt titanindhold som minen ved Taberg i Småland. I Ural findes store magnetitlejer ved Magnitogorsk. Et andet jernmineral, hæmatit (jernglans), er lige så udbredt som magnetit og ofte intimt sammenvokset med det. De berømte lejer på Elba udgøres af hæmatit og magnetit med indblanding af chalcopyrit (kobberkis). I Cumberland og North Lancashire i England findes små, men ret rene hæmatitlejer, der har haft stor betydning for den engelske industri.

Kvartsbåndede malme, BIF, udgør mægtige lejer flere steder på kloden og er af meget høj alder, ældre end 1800 mio. år. De er sedimentære vidnesbyrd om, at Jorden meget tidligt har været dækket af udstrakte have. De største er de kolossale lejer ved Hamersley i Vestaustralien, hvor hovedmineralet er hæmatit, og kvartsen har jaspiskarakter. De store forekomster ved Lake Superior i USA og Krivoj Rog i Ukraine er ligeledes kvartsbåndede jernmalme og forvitringsprodukter heraf. Ved forvitring er jernindholdet steget fra 25-30% til 45-60%, hvilket gør dem økonomisk attraktive. De relativt jernfattige (mindre end 25% jern), blandede hæmatit-magnetit-kvarts-malme i Mesabi Range, Minnesota, kaldes takonit. Brasilien har i Minas Geraes vældige områder, hvor fattige og rige kvartsbåndede jernmalme veksler. Da hovedmineralet hæmatit er udskilt i en særlig jernglimmerform, har forekomsterne fået det specielle navn, itabirit. I Grønland forekommer kvartsbåndet hæmatit-magnetit ved Isua nær bunden af Godthåbsfjorden. Den brydes endnu ikke, men dens alder er opsigtsvækkende høj, 3800 mio. år.

Siderit (jernspat) er som malm mindre vigtig, men har siden oldtiden været brudt bl.a. ved Erzberg i Steyermark, Østrig. Den indeholder 30-35% jern samt ca. 2% mangan, og der brydes årlig 3,5 mio. t malm i et åbent brud. Bjergets top, som engang lå i 1532 m højde, ligger nu i 1460 m. Lignende, men mindre forekomster findes ved Hüttenberg i Kärnten, Østrig, samt i de tyske Schmalkalden i Thüringen, Iberg i Harzen og Siegerland i Westfalen. Som en kuriositet kan nævnes, at kryolitten indeholdt en del siderit, der blev skilt fra ved flotation i København.

Lerjernsten forekommer især i England, Skotland og Wales. Lerjernsten er en blanding af siderit, ler, kalk og sand, og den ledsages flere steder af kul og brunkul, hvilket tidligere betød meget for industrien.

Limonit (brunjernsten) er et slutprodukt af jernmineralernes forvitring. Den forekommer som en finkornet, tæt eller jordagtig bjergart. I Forest of Dean, Gloucestershire i England, har brunjernsten været brudt siden oldtiden. De værdifulde minettemalme i Alsace-Lorraine er ærtestore korn, der ofte er koncentrisk udskilt omkring et kvartskorn, såkaldte oolitter.

De skandinaviske myremalme er varianter af limonit. Den danske myremalm danner faste lag i 20-50 cm dybde, især i engdrag i Vestjylland. Myremalm er en blanding af goethit, (α-FeOOH), kvarts og amorfe vandholdige jernoxider, der indeholder en del mangandioxid (MnO2), difosforpentaoxid (P2O5) og aluminiumoxid (Al2O3). De svenske, finske og norske myremalme er løse, pulverformede okkertyper, som er forurenet af aluminiumoxider. I Småland og Karelen forekommer betydelige mængder sømalm, som danner bønne- eller møntstore malmklumper på lavt vand i søerne. Myremalmene var basis for jernudvindingen i Skandinavien fra 400 f.Kr. til 1930, da den sidste højovn i Åminne, Småland, nedlagdes. Dansk myremalm er under og efter 2. Verdenskrig blevet anvendt som rensemasse for kulgas. Hvert år eksporteredes der via Esbjerg 10-50.000 t indtil omkring 1985, da kulgas afløstes af naturgas.

En helt usædvanlig forekomst findes i de tertiære basaltlag på Disko, Grønland. Her er metallisk jern dels spredt i ærtestore klumper over mange km2, dels lokalt samlet i svære blokke, der vejer op til 25 t. Jernet indeholder 1-4% nikkel og forekommer sammen med jernkarbid (cementit), troilit (FeS) og chromit (FeCr2O4). Det antages, at jernet blev dannet i Tertiærtiden ved reduktion af jernsulfid, da basiske magmaer trængte frem gennem kulstofrige sedimenter.

Jern forekommer også i mange sulfider, fx i chalcopyrit, CuFeS2. Mest almindelig er dog pyrit, (svovlkis, FeS2), som indeholder 46,6 vægtpct. jern og brydes bl.a. i Rio Tinto, Andalusien, Spanien, i Huelva, Portugal, i Sulitjelma, Norge, i Falun, Sverige, samt i Italien og Japan. Svovlkisen brydes dels for udvinding af kobber og ædelmetaller, dels for fremstilling af svovl og svovlsyre. Affaldet, kisaske består især af hæmatit og kan anvendes til fremstilling af rød maling, Falurödfärg. Pga. forurening med bl.a. zink og cobalt er kisasken på trods af sit høje jernindhold ikke velegnet til jernfremstilling.

Ved forvitring af overfladenære, jernholdige sulfidmineraler transporteres kobber, sølv og andre økonomisk vigtige metaller længere ned i jorden, hvor de afsættes som oxider, carbonater og sulfater. Mineralernes jernindhold oxideres derimod til rustbrune oxider og hydroxider, der forbliver i de øverste lag. Derved dannes en såkaldt jernhat, der er en vigtig indikation på forekomsten af vigtige mineraler.

Læs mere om jern i underemnerne herunder.

Referér til denne tekst ved at skrive:
Vagn Fabritius Buchwald: jern i Den Store Danske, Gyldendal. Hentet 27. marts 2017 fra http://denstoredanske.dk/index.php?sideId=101204