Kako se dobijaju gvožđe i čelik?
U modernoj industriji, gvožđe i čelik predstavljaju najviše korišćene materijale jer su izuzetno snažni u odnosu na drvo ili bakar, lako se mogu oblikovati na povišenim temperaturama, mogu se namagnetisati i mogu izdržavati visoke temperature pa se stoga od njih prave motori, konstrukcije svih prevoznih sredstava, mostova, zgrada, kao i skoro svi mašinski delovi, a za razliku od aluminijuma koji je najprisutniji metal u zemljinoj kori (premda se nikada ne nalazi u elementarnom obliku, već uvek u obliku jedinjenja), nije potrebno koristiti elektrolizu u postupku dobijanja.
Gvožđe se dobija iz gvozdenih ruda i to: hematita, (Fe2O3), magnetita (Fe3O4), limonita (Fe2O3 · H2O) i siderita (FeCO3). Ovi minerali se najčešće nalaze u kamenju pomešani sa silicijumom. U najstarijem postupku za dobijanje čistog gvožđa, vrši se sagorevanje uglja i neke gvozdene rude. Ugljenik iz uglja se jedini sa kiseonikom iz gvozdenih minerala i odlazi u vazduh u vidu ugljen dioksida i ugljen monoksida ostavljajući sirovo gvožđe, odnosno smešu gvožđa i silikata (koji su prisutni i u najčistijim gvozdenim mineralima).
Grejanjem i čekićanjem sirovog gvožđa, staklasti silikati se mešaju sa metalom gvožđa stvarajući tako kovano gvožđe, koje se u kovnicama koristi za pravljenje oruđa i raznih gvozdenih predmeta i delova.
Nešto savremeniji način za dobijanje skoro čistog gvožđa iz prirodnih minerala podrazumeva sagorevanje gvozdene rude, uglja i krečnjaka (CaCO3) u visokim pećima. Kalcijum iz krečnjaka se jedini sa silikatima iz gvozdene rude formirajući šljaku, dok se na samom dnu peći izdvaja čisto vruće gvožđe, koje se povremeno pušta da ističe iz peći i da se hladi u peščanim ležajevima. Ovako ohlađeno gvožđe se naziva sirovim gvožđem, a za dobijanje jedne tone ovakvog sirovog gvožđa, potroši se 2 tone rude, 1 tona uglja, pola tone krečnjaka i 5 tona vazduha i sve to na temperaturi od oko 1600oC.
Međutim, sirovo gvožđe sadrži 4-5 % ugljenika usled čega je ono veoma tvrdo i krto, pa se stoga sirovo gvožđe topi, meša sa šljakom i čekića kako bi se eliminisalo što je moguće više ugljenika (do ispod 0,3 %) i napravilo kovano gvožđe, koje se zatim koristi za pravljenje raznih gvozdenih predmeta.
S druge strane, čelik predstavlja gvožđe koje ne sadrži nimalo nečistoća osim 0,5-1,5 % ugljenika. Naime, sve primese u vidu atoma silicijuma, fosfora ili sumpora znatno slabe čelik, pa se stoga moraju ukloniti. U postupku dobijanja čelika, u peć sa otvorenim ognjištem se stavljaju sirovo gvožđe, krečnjak i gvozdena ruda i zatim zagrevaju do oko 870 oC. Krečnjak i ruda formiraju šljaku koja pluta na površini, a sve nečistoće, uključujući i ugljenik se oksiduju i iz gvozdenog sloja isplivavaju na površinu smeše.
Postoje takođe i neki još moderniji i brži postupci za dobijanje čelika uključujući i Besemerov proces, kao i sagorevanje u osnovnim kiseoničnim pećima.