Eisen
I Eisen[ahd. isarn »das feste Metall«] (lat. Ferrum), Symbol Fe, metall. Element aus der 8. Nebengruppe und 4. Periode des Periodensystems; wichtigstes Gebrauchsmetall. Ordnungszahl 26, relative Atommasse 55,847, Dichte 7,874 g/cm³, Schmelzpunkt 1538 ºC, Siedepunkt 2 861 ºC. - Reines E. ist bläulich weiß, polierbar und so dehnbar, dass es sich zu feinstem Draht ausziehen lässt. Die elektr. und Wärmeleitfähigkeit betragen ¹/₅ bis ¹/₆ von der des Kupfers. E. ist bes. gut magnetisierbar (unter 769 ºC). In trockener Luft, in konzentrierter Salpeter- und Schwefelsäure hält sich E. unverändert; in feuchter Luft bildet sich an der Oberfläche Rost (E.-Hydroxid). Das unedle Metall wird von versch. verdünnten Säuren gelöst.Verbindungen: E. tritt in seinen Verbindungen v. a. in den Oxidationsstufen zwei, drei und sechs auf. Eisen(II)oxid, FeO (mit leichtem O-Überschuss; Fe_0,90-0,95O), kommt als Mineral Wüstit vor. Eisen(III)oxid, Fe₂O₃, entsteht beim Erhitzen von Eisen(III)hydroxid und kommt in der Natur z. B. als E.-Glanz und als Braun-E. vor. Das geglühte reine Fe₂O₃ wird als Poliermittel sowie als Pigment (Eisenpigmente) benutzt. Durch starkes Glühen von Fe₂O₃ sowie bei der Verbrennung von E. entsteht schwarzes magnet. Fe₃O₄ (= FeO · Fe₂O₃), ein Eisen(II,III)oxid (Hammerschlag), das in der Natur als Magnetit vorkommt. Eisen(II)salzlösungen, mit Lauge versetzt, ergeben weißes Eisen(II)hydroxid, Fe(OH)₂, das an der Luft und bei Einwirkung von Oxidationsmitteln in braunes Eisen(III)hydroxid, Fe(OH)₃, übergeht. Die bei Zusatz von Lauge zu Eisen(III)salzlösungen ausfallenden braunen, wasserhaltigen Eisen(III)hydroxide gehen beim Trocknen und Erhitzen in Hämatit über. Beim Rosten des E. entsteht Eisen(II)oxidhydrat, FeO(OH). Beim Erhitzen von elementarem E. in Chlorwasserstoffgas entsteht weißes Eisen(II)chlorid, FeCl₂. Das beim Lösen von E. in verdünnter Salzsäure gebildete Eisen(II)chlorid kristallisiert aus der Lösung als FeCl₂·6 H₂O, das zur Herstellung von Farbstoffen und als Reduktionsmittel dient. Wird E. im Chlorstrom erhitzt, so entsteht Eisen(III)chlorid, FeCl₃, das u. a. als Oxidations- und Kondensationsmittel, Farbbeize und als Flockungs- und Fällungsmittel in der Wasseraufbereitung dient. Eisen(II)sulfid, FeS, fällt aus Eisen(II)salzlösungen mit Ammoniumsulfid als grünlich schwarzer, in Säure lösl. Niederschlag aus. Technisch wird es durch Zusammenschmelzen von E. und Schwefel hergestellt; es dient zur Schwefelwasserstofferzeugung im Labor. Der wichtige Eisenkies, FeS₂, dient zur Schwefelsäuregewinnung und E.-Herstellung. Eisen(II)sulfat, FeSO₄, entsteht beim Lösen von E.-Abfällen in Schwefelsäure und kristallisiert als hellgrünes, an der Luft unbeständiges Eisenvitriol, FeSO₄ · 7 H₂O, aus. Das technisch wichtige E.-Salz wird z. B. zur Herstellung von Tinten, in der Färberei und Gerberei, im Pflanzenschutz, in der Tierheilkunde und zur Holzkonservierung genutzt. - Eisen(II)carbonat, FeCO₃, kommt in der Natur als Eisenspat vor. In kohlensäurehaltigen Wässern löst es sich unter Bildung von Eisen(II)hydrogencarbonat, Fe(HCO₃)₂, das auch Bestandteil von Trinkwasser und mancher Mineralwässer (E.-Säuerlinge) ist. Lufteinwirkung führt zu Abscheidung von Eisen(III)oxidhydrat (Ocker). Das hellgrüne Eisen(II)nitrat, Fe(NO₃)₂·6 H₂O, und das fast farblose Eisen(III)nitrat, Fe(NO₃)₃·6 (oder 9) H₂O, sind Salze des E. mit Salpetersäure. Eisen(II)phosphat kommt als Mineral Vivianit vor. Die E.-Salze der Kieselsäure sind im Gemisch mit anderen Silikaten als gesteinsbildende Minerale weit verbreitet. Durch besondere Beständigkeit zeichnen sich viele Komplexverbindungen des zwei- und dreiwertigen E. aus (Blutlaugensalz).Vorkommen: Die Erde enthält etwa 40 Gewichts-% E.; für den Erdkern werden rd. 90 angenommen, an der zugängl. Erdkruste ist E. mit etwa 4,7 Gewichts-% beteiligt. Die wichtigsten E.-Erze sind Pyrit, Magnetit, Hämatit, Brauneisenstein und Eisenspat.Gewinnung: E. wird gewonnen als chemisch reines Pulver (Rein-E.) durch Reduktion von E.-Oxid mit Wasserstoff bei niedriger Temperatur, als Carbonyl-, Elektrolyt-, Reinst-E. durch Zonenschmelzen und als techn. E. durch Verhüttung von E.-Erzen, E.-Schlacken, Kiesabbränden, Gichtstaub und durch Umschmelzen von Alt-E. und Legierungen. Das Ausschmelzen des E. aus Erzen geschieht in einem Hochofen. Der Ofenraum wird schichtweise mit Erz, Zuschlägen und Hüttenkoks gefüllt. Die Zuschläge (hauptsächlich Kalkstein) sollen die in jedem E.-Erz enthaltenen erdigen und kieseligen Stoffe (taube Gangarten) sowie die Koksasche in eine leicht schmelzbare Schlacke überführen. Nach der Inbetriebnahme (Anblasen) bleibt ein Hochofen eine Ofenreise (zehn Jahre und länger) ununterbrochen in Betrieb. Durch große Gebläsemaschinen wird heiße Luft (Heißwind) durch Düsen (Blasformen) unter der Rast eingeblasen. Der Koks verbrennt zu Kohlendioxid, das durch unverbrannten Koks im Überschuss zu Kohlenoxid umgewandelt wird. Durch dieses werden im Schacht 40-70 % des Erzes zu festem Schwamm-E. reduziert (indirekte Reduktion). Dem restl. Erz in der Schmelzmasse, die sich in der Rast und im Gestell ansammelt, wird durch glühenden festen Kohlenstoff der Sauerstoff entzogen (direkte Reduktion). Das flüssige Roh-E. setzt sich unter der leichteren Schlacke ab und wird alle 3-6 Stunden zus. mit der Schlacke abgestochen. Dabei rinnt das Roh-E. durch Sandrinnen in eine Masselgießmaschine oder - in »gemischten« Hüttenwerken mit Hochofen, Stahl- und Walzwerken - in fahrbare Pfannen, aus denen es in große trommelartige Sammelbehälter (Mischer) gekippt wird. Die Schlacke wird vom Roh-E. getrennt und fließt in eine eigene Pfanne. Die oben entweichenden Gichtgase erwärmen v. a. die Verbrennungsluft. Dazu werden sie in hohe Türme (Winderhitzer, Cowperapparate) geleitet, wo sie verbrennen und ein Gitterwerk aus feuerfesten Steinen erhitzen (Mehrzonengitterwerk). Nach der Heizperiode wird auf eine einstündige Windperiode umgeschaltet, in der der Wind im Gegenstrom durch den Winderhitzer geleitet und auf etwa 1 250 ºC erwärmt wird. Wegen dieser period. Betriebsweise hat jeder Hochofen stets mehrere Winderhitzer. Moderne Hochöfen erzeugen täglich über 11 000 t Roheisen. Im Elektrohochofen wird der Heizkoks durch elektr. Strom ersetzt (rd. 2400 kWh je t Roh-E.). Den Reduktionskohlenstoff liefert Holzkohle. Im Niederschachtofen wird auch synthet. Roh-E. aus Alt-E. und Kohlungsmitteln erschmolzen. Roh-E. lässt sich wegen seines über 1,5 % liegenden Kohlenstoffgehaltes nicht schmieden, walzen, hämmern oder pressen. Graues Roh-E. (nach der Farbe des Bruches) enthält den Kohlenstoff zum größten Teil als Graphit und dient zur Erschmelzung von Grauguss, der nicht sehr spröde ist. Weißes Roh-E., in dem der Kohlenstoff vorwiegend als E.-Carbid vorliegt, ist hart und spröde; aus ihm wird Hartguss und Temperguss hergestellt. Eine scharfe Grenze zw. Roh- oder Guss-E. und Stahl besteht nicht; der nichtschmiedbare Zustand geht allmählich in den schmiedbaren über. Über das Frischen des Roh-E. zu Stahl Stahl. - Die in den letzten Jahren zunehmend angewendeten Direktreduktionsverfahren führen ohne ein vom Enderzeugnis stark abweichendes Zwischenprodukt zu Stahl. Betriebsreife erlangt haben nur die Tieftemperatur-Reduktionsverfahren, bei denen Stückerz oder Pellets unmittelbar in Reaktionskammern, Schacht- und Drehrohröfen von einem aus Erdgas gewonnenen Gasstrom reduziert werden. Beim Tunnelofenverfahren werden pulvrige E.-Erzkonzentrate zus. mit Kalkstein und Koksstaub erhitzt.Wirtschaftliches: 955,1 Mio. t E.-Erz wurden 1994 weltweit gefördert. E.-Erz ist nach Erdöl das zweithäufigste Welthandelsgut. Die Nachfrage danach ist an die Nachfrage nach Stahl gebunden. Weltweit wurde 1994 rund 509,7 Mio. t. Roheisen erzeugt. Physiologie: E. gehört zu den lebenswichtigen Spurenelementen; es ist Bestandteil des roten Blutfarbstoffs (Hämoglobin) und vieler Enzyme des intrazellulären Stoffwechsels. Um einem E.-Mangel vorzubeugen, braucht der Mensch täglich etwa 15 mg E.; der Bedarf erhöht sich bei größeren Blutverlusten und in der Schwangerschaft. Der E.-Gesamtbestand des Körpers beträgt 3,5-5 g.Geschichte: E. wurde in vorgeschichtl. Zeit (Eisenzeit) erst gewonnen und verarbeitet, nachdem Bronze (Bronzezeit) bereits bekannt war. Die E.-Erzeugung erfolgte bis ins 14. Jh. im Allg. nur nach dem Rennfeuerverfahren meist in Gruben oder einfachen Schachtöfen. Später begann man E. in kleinen »Hochöfen« zu erzeugen, doch erst seit dem 16. Jh. kann man vom eigentl. Hochofen sprechen. 1735 beschickte A. Darby d. J. erstmals einen Hochofen ausschl. mit Koks als Reduktionsmittel.
▣ Literatur:
W. Buschmann. E. u. Stahl. Texte u. Bilder zu einem Leitsektor menschl. Arbeit u. dessen Überlieferung, hg. v. Essen 1989.
⃟ Oeters, F.: Metallurgie der Stahlherstellung. Berlin u. a. 1989.
II Eisen
[ɛ'zɛn], Charles, frz. Zeichner, Maler, * Valenciennes 17. 8. 1720, ✝ Brüssel 4. 1. 1778; einer der erfindungsreichsten Illustrations- und Vignettenkünstler des 18. Jh.; schuf Blätter und Dekorationsentwürfe in feinster Rokokomanier.