Rond 100 voor Christus begint de ijzertijd in het Midden-Oosten en in Griekenland. Ook word er nu in India ijzer gesmeed.

Transcriptie

1 Opstel ANW IJzer Opstel door een scholier 2398 woorden 22 oktober keer beoordeeld Vak ANW Inleiding Dit verslag gaat over de materie ijzer. Eerst wordt de historische ontwikkeling van ijzer besproken. Na deze algemene inleiding worden verschillende materialen gebaseerd op ijzer uitgediept. Hierin wordt de hedendaagse stand van zaken en de verdere ontwikkeling nader bekeken. De geschiedenis van ijzer en zijn ontwikkeling Het eerste ijzer, gebruikt in gereedschap en wapens, was afkomstig van meteoorstenen afkomstig uit de ruimte. Dit was rond 4000 voor Christus. Dit ijzer was helemaal zuiver en was dus makkelijk te gebruiken. Rond 1500 voor Christus ontdekten de Hittieten uit het midden oosten hoe ze ijzer uit ijzererts moesten halen. Dit deden ze door middel van een laagoven. Laagovens zijn ovens die in de grond zijn gegraven. Daar werd een vuur in gemaakt. Dit vuur werd opgestookt tot dat het heet genoeg was om het ijzererts te laten smelten, ongeveer 1200 graden Celsius. Dit opstoken werd gedaan door middel van een blaaspijp en/of een blaasbalg. Als het vuur warm genoeg was, werd het fijngestampte ijzererts erbij gedaan. Na een tijdje valt het ijzer op de bodem en het afval vloeit naar buiten. Rond 100 voor Christus begint de ijzertijd in het Midden-Oosten en in Griekenland. Ook word er nu in India ijzer gesmeed. Rond 800 voor Christus begint de ijzertijd in Europa. De Europeanen gingen ook ijzer smelten en het gebruiken om er wapens en andere gebruiksvoorwerpen van te maken. Rond deze tijd was pas de informatie en de techniek van de Hitttieten over gekomen. IJzer vervangt aan het begin van de ijzertijd snel het brons. Dit komt doordat het ijzer veel lichter en makkelijker te bewerken is. De punten van wapens waren bijvoorbeeld veel scherper. IJzer is veel sterker en de grondstoffen zijn in tegenstelling tot brons wel lokaal aanwezig. In Nederland werd bijvoorbeeld veel moerasijzererts gebruikt. Moerasijzererts wordt gevormd in beekdalen en moerassen. Op de Veluwe was ook veel ijzer aanwezig, in de vorm van ijzerertsknollen ook wel klapperstenen genoemd. In de prehistorie was er meer dan genoeg om ijzer van te kunnen maken, maar het was niet echt van heel goede kwaliteit. Pagina 1 van 6

2 In Europa waren de kelten zeer goede ijzersmeden. Rond 400 voor Christus maakten de Chinezen gietijzer door ijzererts te smelten en dit in vormen te gieten. Tot het begin van de dertiende eeuw bleef de manier waarop ijzer uit erts werd gewonnen zoals dit in de drieduizend jaar daarvoor was geweest. Haarden of kleine laagovens werden van boven gevuld met een mengsel van houtskool en ijzererts. Vanonder werden ze aangeblazen met lucht uit de blaasbalgen. Dit proces leverde een ijzeren spons, die uiteindelijk kon worden gesmeed tot blokijzer. Maar in de 13 eeuw kwam daar verandering in met de eigenlijk herontdekte manier van de chinezen. In 1311 werd in de Harz (Duitsland) een zo geheten Stückofen ontwikkeld, de voorloper van de hoogoven die we nu kennen. De Stückofen werd nog met hand- of voetbediende blaasbalgen gevoed. In de tweede helft van de 14e eeuw werden de blaasbalgen door waterkracht bediend. Het resultaat was in het begin nog dezelfde sponsachtige massa. Maar met de groter wordende ovens en de sterkere wordende blaasbalgen steeg de oventemperatuur geleidelijk tot ver boven het smeltpunt van ijzer (1150 graden). De oven hoefde niet meer stilgelegd te worden om de spons uit de oven te halen. Vloeibaar ijzer kon vanonder afgetapt worden, waarbij de slak (dat zij de resten van het ijzererts) achterbleef. Het pig iron, ruwijzer of piekijzer was geboren. Sommige onderzoekers gaven het ijzer de naam pig iron door de manier waarop het vloeibare ijzer werd uitgegoten in bedden: als biggen, via kanalen verbonden met een zeug. Anderen zeggen dat het verkregen ruwijzer minder slakken bevatte dan de vroegere spons, maar dat het na het uitbranden van de koolstof in haarden toch nog steeds te veel verontreinigingen bevatte om het te kunnen uitsmeden: een zwijnen troep. Door deze verbeterde techniek steeg niet alleen de kwaliteit, maar er konden nu ook veel producten worden gemaakt. Vanaf de 15de eeuw werden er haardplaten, kookpotten, kannonen, kogels, enz. gegoten. In de 18e eeuw begon, met de opkomst van de industriële revolutie, Engeland de leiding in de Europese ijzerindustrie over te nemen. De 1e belangrijke ontwikkeling van gietijzer(in die tijd) was: in 1708 toen deed de Engelsman Abraham Darby een ontdekking. Hij ontdekt hoe met cokes ijzer kan worden gesmolten. Cokes zijn een soort steenkool waaruit de gassen zijn verwijderd. Hierdoor kon men in de hoogovens een hogere temperatuur bereiken, waardoor uit dezelfde hoeveelheid erts dubbel zo veel ijzer kon worden gewonnen.( dit was al deels eerder ontdekt, want in 1620 had de Engelsman Dudley al de eerste cokes geproduceerd maar de toepassing hier van mislukte). De 2e belangrijke ontwikkeling van gietijzer(in die tijd) was: de bouw van ovens voor het hersmelten van ruwijzer. Tot het eind van de 17e eeuw was gietijzer bijna altijd rechtstreeks uit de Stückofen gegoten. Vanaf dat moment kwamen echter verschillende oventypen tot ontwikkeling die het hersmelten van ruwijzer mogelijk maakten. Uiteindelijk leidde dat tot de koepeloven, zoals we die tegenwoordig nog kennen. Door de nieuwe technieken, samen met de komst van de stoommachine en de nieuwe manieren van transport, werd de 19e eeuw de glorietijd voor het gietijzer. Gietijzer groeide uit tot een materiaal waar iedereen van wist, iedereen had er wel wat van, kortom gietijzer werd een universeel materiaal. Gietijzer werd gebruikt als constructie materiaal, in gereedschap, in keukengerei, enz. Aan het einde van de 19e eeuw werd gietijzer minder populair door de opkomst van staal. Pagina 2 van 6

3 Het eerste staal is waarschijnlijk per ongeluk geproduceerd toen ijzeren zwaarden in kolenvuren werden verhit. In die jaren ontdekte men wel hoe staal gemaakt moest worden, maar dat was nog heel duur. Henry Bassemer vond een goedkopere manier om uit ijzer staal te maken. Staal bestaat uit ijzer en uit een beetje koolstof. Dit mengsel is heel sterk en daarom verdreef staal ook het ijzer. Maar alleen staal met koolstof was niet ideaal, omdat het snel ging roesten. In 1938 werd roestvrij staal uitgevonden. Roestvrij staal bestaat uit ijzer, koolstof, chroom en nikkel. Dit staal roest bijna niet. De hedendaagse stand van zaken Vandaag de dag kunnen we ijzer en alle andere metalen die een mengsel van ijzer en andere stoffen zijn, niet meer wegdenken. We zouden dan geen auto s, vliegtuigen, computers, bruggen, huizen, schepen, magneten en zelfs geen bestek meer hebben. Want in bijna alles wat we gebruiken zit wel iets van ijzer. Het is te veel om dit allemaal te gaan behandelen, daarom worden een paar belangrijke materialen met ijzer besproken. De voordelen en nadelen van ijzer De zuivere stof ijzer wordt niet meer zo heel veel gebruikt als vroeger, maar de zuivere stof ijzer wordt nu meer gebruikt als grondstof voor andere metalen zoals staal en blik. Dit komt omdat ijzer een aantal nadelen heeft. IJzer is een moeilijk te verwerken materiaal. Allereerst is er een hoge temperatuur van 1100 graden nodig om het ijzererts te smelten(dit nadeel was alleen van toepassing toen er nog geen hoogovens waren). Er waren betere ovens nodig dan voor het maken van brons. Bovendien moet het ijzer bij die temperatuur lang met een hamer bewerkt worden, om het vuil er uit te halen en om het stevig te maken. IJzer roest snel en was daarom niet zo'n geweldige grondstof voor allerlei wapens en gebruiksvoorwerpen. IJzer is ook veel moeilijker te repareren of te restaureren. Het lassen is erg lastig en levert geen sterke verbindingen op. Het materiaal bestaat in principe uit verschillende laagjes, met lassen verbind je slechts één van die laagjes met een andere plaat. Het materiaal is eigenlijk alleen maar geschikt om klinken of bouten aan elkaar verbonden te worden. Je vraagt je af waarom de mensen rond 800 voor Christus overgestapt zijn van brons naar het gebruik van ijzer. Daar was een belangrijke reden voor. IJzererts kon je overal vinden. In de directe omgeving van Deventer werd er in de moerassige gebieden ten oosten veel ijzeroer(dit is ijzererts uit de moerassen) gevonden. De grond was daar ijzerhoudend. Dat is nog steeds zo. Je kunt dat zien aan de roestbruine kleur van het zand. Ook op de Veluwe werd ijzer gevonden. Daar vond men vooral ijzerertsknollen, ook wel klapperstenen genoemd. In Heeten zijn resten van wel 200 hoogovens uit de IJzertijd teruggevonden. Nog een voordeel van ijzer is dat het sterker is dan brons. (maar nu is dat al weer achterhaalt met de komst van staal.) Metaalmoeheid is een verschijnsel dat voorkomt bij elk metaal. Als een metalen voorwerp veel gebruikt wordt, neem bijvoorbeeld een sleutel, slijt het en zal het op den duur breken. Dit kan 2 oorzaken hebben. Het kan komen doordat de sleutel roest. Roesten is een oxidatiereactie van water met ijzer. Het water verandert het ijzer in ijzeroxide, een roodbruine verbinding van ijzer en zuurstof. De roest verzwakt het metaal zodat het afbrokkelt en breekbaar wordt. Roesten kan voorkomen worden door aan ijzer bepaalde stoffen toe te voegen zodat het niet meer roest (zoals nikkel en chroom). IJzer wordt ook wel gecoat met andere metalen verf of kunststoffen zodat er geen water bij kan komen en het niet kan roesten. Pagina 3 van 6

4 Het verzwakken van ijzer kan ook komen door metaalmoeheid. Een Metaal bestaat uit moleculen. We nemen als voorbeeld staal, staal bestaat uit ijzer en koolstof. Deze moleculen zitten allemaal netjes in een metaalrooster. Af en toe ontbreekt er een molecuul op een roosterplaats of klopt het rooster niet, een defect. Door dat het voorwerp gebruikt wordt, zoals de sleutel die af en toe buigt, verplaatsten de defecten zich in het rooster. Uiteindelijk na lang buigen, komen alle defecten bij elkaar en dan ontstaat er een breuk. Dan zijn er op die plek geen ijzer of koolstof moleculen meet en dat geeft een breuk. Zo werkt metaalmoeheid. Waarom word ijzer niet gebruikt voor munten? Daar is een heel simpele verklaring voor. IJzer roest heel snel en dat is niet ideaal voor munten. De munten van vandaag worden van koper gemaakt of van nikkel want deze munten roesten niet. Vroeger waren er nog wel munten van ijzer maar die werden snel uit de productie gehaald om dat de munten snel roesten. Je kunt ijzeren munten heel eenvoudig roest vrij maken met petroleum of door ze in een bad met citroen zuur te leggen. Dit helpt niet tegen het voorkomen van roest. Staal In de hele wereld wordt er per jaar ongeveer 680 miljoen ton staal geproduceerd en daarmee is staal het meest gebruikte metaal ter wereld. Staal is een mengsel van ijzer met een beetje koolstof. Dit mengsel is hard en sterk. Hoe meer koolstof je aan het ijzer toevoegt hoe stijver het staal wordt, maar ook hoe brosser. Bros wil zeggen dat het sneller breekt zonder te vervormen. Meestal voegt men aan staal nog een ander metaal toe: dat geeft het staal andere eigenschappen. Zoals nikkel en chroom die het roesten tegen gaan. Blik Iedereen heeft wel producten in huis die in blik zijn verpakt. Soep, frisdrank, groente en verf zijn alledaagse voorbeelden. Dankzij de blikverpakking behouden deze producten hun kwaliteit, zijn ze goed te bewaren en worden ze beschermd tijdens vervoer. In huis vormt blik ook de basis van koektrommels, voorraadbussen en sigarendoosjes. De industrie gebruikt blik in de vorm van vaten en drums voor chemicaliën en verpakkingen voor verf en (smeer)olie. Blik is staal (staal bestaat uit ijzer en koolstof) met een dun laagje tin tegen het roesten. In 2001 verbruikte in alle huishoudens samen ton aan metalen verpakkingen 70% daarvan was blik. Gelukkig worden 78% van deze metalen verpakkingen hergebruikt. Dit hergebruiken gebeurd volgens 5 stappen: Stap 1 - Leeg blik gaat gewoon bij het restafval. Wie zijn blikje thuis in de vuilnisbak of onderweg in de afvalbak gooit, doet zelf aan blikrecycling. Het lijkt misschien logischer om lege blikjes te scheiden van uw andere afval. Maar het is toch niet nodig. De afvalinstallaties doen het werk. Zij scheiden de blikjes met magneten of met wervelstromen uit het afval. Om blik te recyclen is gescheiden inzameling dus niet nodig: blik kan gewoon in de afvalbak. Stap 2 - In de afvalinstallaties wordt het blik gescheiden van het overige afval. Pagina 4 van 6

5 Lege blikverpakkingen gaan samen met het restafval naar de verbrandingsovens (AVI s). 90% van het blik is van staal en wordt gescheiden van het andere afval door magneten. 10% van het blik is van aluminium en wordt gescheiden met wervelstromen. Het scheiden gebeurt vóór of ná het verbranden van het afval. Bij voorscheiding worden de blikjes direct uit het huishoudelijk afval getrokken en daarna wordt de rest van het afval verbrand. Bij nascheiding wordt het afval eerst verbrand en daarna worden de blikje uit de verbrandingsresten gehaald. Stap 3 - Blikjes worden gesmolten De teruggewonnen blikjes (schroot) worden weer gesmolten en worden gebruikt als grondstof bij het maken van nieuw staal of nieuw aluminium. Door het gebruik van schroot wordt 65% minder energie gebruikt dan wanneer alleen ruwijzer zou worden gebruikt. Bij recycling van aluminium wordt zelfs 90% energie bespaard. Stap 4 - Blikfabricage Van al het teruggewonnen materiaal ongeveer 80% van ton, dus ton per jaar wordt weer nieuw staal en aluminium gemaakt. Zo blijft blik in de kringloop. Stap 5 - Nieuw product: soepblik wordt fiets Na blikfabricage worden nieuwe metalen producten gemaakt. Zo komt blik altijd terug: het soepblik van gisteren kan morgen een fiets of een trein zijn. Of weer een nieuw blikje. 78% van alle blikjes wordt hergebruikt. Er wordt gestreefd om in % te halen. Nederland, Duitsland en België zijn in Europa de koplopers op het gebied van blikrecycling. IJzer in de toekomst. Met het ijzer zelf zal niet veel gebeuren in de toekomst. Naast toenemende recycling zal ook de manier waarop ijzer zal worden gewonnen veranderen. Nu gebeurt het in mijnen onder de grond. Deze mijnen zullen op raken. Men zal moeten zoeken naar nieuwe bronnen. Er kan worden gedacht aan de ruimte. In de ruimte is genoeg en misschien ontdekken we daar wel nieuwe soorten metalen. In de ruimte zijn de stoffen zuiverder, dit komt door de gewichtloosheid. Misschien is het straks goedkoper om in de ruimte metalen te winnen dan helemaal diep in de grond. In de toekomst zullen er meer ertsen gewonnen worden uit de oceanen. Het wordt nu ook al wel gedaan maar is nu nog te duur voor grootschalige winning. Bronnen De boeken: Oog op wetenschap: materie, Chistopher Cooper, Sesam, 1e druk, 1993l Encyclopedie voor de jeugd, Ann kramer e.a., Sesam, 4e druk, september 1996 Geen wereld zonder metaal, Jean-pierre Reymond, Zwijnsen, 1e druk, 1987 Metaal een ijzer sterk verhaal, Beatrijs Peters, mozaiek, 1e druk, 2001 Eigenschappen van Materialen, Bernard A boomkamp, Universiteit Twente, 1e druk, december Pagina 5 van 6

6 Het internet Pagina 6 van 6