Das Eisen ist am Aufbau der Erdrinde zu 4,7 % beteiligt. Aus der Dichte der Erde schließt man auf einen hohen Eisengehalt des Erdkerns (Ni-Fe-Kern). Gediegenes Eisen kommt selten vor und hat für die Gewinnung keine Bedeutung. Die häufigsten Eisenmineralien zeigt Tabelle 28.
Eisenmineralien: Magneteisenstein, Roteisenstein, Brauneisenstein, Spateisenstein, Eisenkies.| Mineral | Formel | Vorkommen |
| Magneteisenstein (Magnetit) | Fe3O4 | Skandinavien, Rußland |
| Roteisenstein, Blutstein (Hämatit) | Fe2O3 | Lahn-Dill-Gebiet, Spanien, USA, Afrika |
| Brauneisenstein (Limonit) | Fe2O3 ⋅ H2O | Salzgitter-Peine-Gebiet, Lothringen |
| Spateisenstein (Siderit) | FeCO3 | Erzberg (Steiermark), Hüttenberg (Kärnten) |
| Eisenkies (Pyrit) | FeS2 | verbreitet, für Deutschland aus Spanien eingeführt |
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| Magnetit | Limonit | |
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| Hämatit |  |
Siderit |
Siderit und Pyrit werden vor der Verarbeitung zu Eisen (s. Kapitel 49) in Oxide umgewandelt (Rösten).
Die Darstellung des Eisens erfordert dann im Prinzip die Reduktion der Eisenoxide. Sie erfolgt mit Koks im Hochofen. Den Bau eines Hochofens zeigt Abb. 57.2.
Der Hochofen wird beschickt mit Hüttenkoks, Eisenerz und zur Beseitigung des tauben Gesteins, der Gangart, mit Zuschlägen. Diese verbinden sich mit der Gangart zu Schlacke. Die für den Hochofen notwendige Luft (»Wind«) wird in Winderhitzern - das sind etwa 15 m hohe Türme - auf 600-800°C erhitzt. Sie entzündet den Koks, der zu Kohlenmonoxid verbrennt:
| 2C | + | O2 |  |
2CO | + | 110,5 kJ |
Das aufsteigende Kohlenmonoxid reduziert in der darüberliegenden Erzschicht die Oxide zu Eisen.
| 25,56 kJ | + | Fe2O3 |  |
3CO | + | 2Fe | + | 3CO2 |
Das entstandene Kohlendioxid wird in der folgenden Koksschicht wieder reduziert (Gleichgewichtsverschiebung durch hohe Temperaturen!).
| 173 kJ | + | CO2 | + | C | |
2CO |
In den oberen, weniger heißen Zonen des Hochofens oder unter dem katalytischen Einfluß des Eisens entsteht auch im unteren Teil Kohlenstoff in fein verteilter Form, der eine ausgezeichnete Reduktionswirkung hat.
| 497,35 kJ | + | Fe2O3 | + | 3C | |
2Fe | + | 3CO |
Hochofenprozeß: Reduktion der eisenoxide zu Roheisen, Entfernung der Gangart durch Schlackenbildung.Reduktion im Hochofen durch CO und fein verteilten Kohlenstoff.Gichtgas: das den Hochofen verlassende Gasgemisch.Roheisen: verunreinigt durch C, Si, Mn, P, S.
Gib in ein feuchtes Reagenzglas etwas Eisenpulver, verschließe mit einem gebogenen Röhrchen, das Wasser ernthält. Beobachte!
Ein Teil dieses Kohlenstoffs löst sich im Eisen auf und bewirkt eine Herabsetzung des Schmelzpunktes von 1539°C auf knapp 1200°C. Das den Hochofen verlassende Gas, das Gichtgas, hat wegen seines hohen Gehaltes an CO einen großen Heizwert (3300-4600 kJ/m3). Es wird im Hochofenbetrieb weiter verwendet und dient vor allem zum Aufheizen der Winderhitzer. Auch die Schlacke wird weiterverarbeitet und vielseitig genutzt (Schlackensand, Zement, Bims, Schlackenwolle).
Das den Hochofen beim »Abstich« verlassende Eisen, das Roheisen, enthält neben Kohlenstoff noch Verunreinigungen von Silicium, Mangan, Phosphor und Schwefel. Wird der Kohlenstoff in Form von Graphit abgeschieden, ist die Bruchfläche des Roheisens grau: graues Roheisen. Es ist spröde und daher nicht schmiedbar, eignet sich aber gut zum Gießen von Formen (Gußeisen). Auch durch Bohren und Drehen kann es bearbeitet werden. Hat sich im Roheisen der Kohlenstoff chemisch zu Fe3C (Eisencarbid) verbunden, hat das Roheisen eine glänzend weiße Bruchfläche: weißes Roheisen. Dieses Eisen läßt sich weder gießen noch mechanisch bearbeiten; es wandert in die Stahlwerke zur Weiterverarbeitung.
Rosten: zerstörende Oxidation des Eisens.Rostschutz: Überzüge aus Kunststoffen, Metallen, Farbe, Glas.Chemisch reines Eisen ist ein verhältnismäßig weiches, unedles Metall, das von verd. Säuren leicht zerstört wird.
An feuchter Luft rostet Eisen. Der Rostvorgang ist ein kompliziert ablaufender Oxidationsprozeß, an dem Wasser, Sauerstoff und Kohlendioxid beteiligt sind. Säuredämpfe begünstigen das Rosten; deshalb sind in Labors, aber auch in Industriebetrieben Geräte und Konstruktionen aus Eisen besonders rostgefährdet.
Gegen das Rosten schützen Überzüge aus Kunststoffen (Teflon), Metallen (Zink, Zinn), Farbanstriche oder Einölen. Emailliertes Geschirr ist mit einer Glasschicht, der Emaille, bedeckt.
