DEMİR

DEMİR; Alm. Eisen, Fr. Fer, İng. Iron. Dünyâda
oksijen, silisyum ve alüminyumdan sonra en bol
bulunan element. Fe sembolü ile gösterilir. Ağır
metallerin en önemlisidir. Yer kabuğunda % 4,2
nisbetinde bulunur.
Târihi: Demir, uygarlığın vazgeçilmez bir
unsuru olarak arkeolojik kronolojide bir çağa isim
vermiştir. Avrupalı târihçiler taş devrinden sonra
gelen çağa demir devri demişlerdir. Onlara göre;
demir devri dünyânın farklı bölgelerinde farklı
zamanlarda başlamıştır. Demir, mîlâttan 1200 yıl
önce Yakındoğu’da Türkler tarafından bilinmekteydi.
Hattâ Türk milletinin demir dağı eriterek yeni
yurtlara göçtüğü efsânesi de söylenmektedir.
Demir devri, Avrupa içlerinde mîlâttan 900
yıl önce, İngiltere’de 600 yıl önce, Japonya’da ise
200 yıl önce başlamıştır. Bâzı Avustralya ve Yeni
Gine kabîleleri İkinci Dünyâ Harbinden sonra taş
devrinden demir devrine geçmişlerdir.
OsmanlIların harp sanâyii, başka milletlere
göre demircilik alanında üstün bir seviyeye ulaşmış
bulunuyordu. Osmanlı İmparatorluğunda demir
mâdenleri bulundukları yerlerde ahâlî tarafından işlenirdi. Ordu ve donanma toplarının yuvarlaklan
(karagülle) mâden nâzın denetiminde yerinde
yapılırdı ve gereken yerlere gönderilirdi.
Özellikleri: Periyodik sistemin VIII B grubunda
bulunur. Atom numarası 26, atom ağırlığı
55,85, özgül ağırlığı 7,86 g/cm3 tür. Erime sıcaklığı
1535°C, kaynama sıcaklığı ise 2740 (3000) °C’dir.
Brinel sertliği 6,7’dir. Dört tâne kararlı izotopu
vardır. Bunlar 54, 56, 57 ve 58 kütle numaralıdır.
Elektron düzeni (Ar) 3d6 4s2, bileşiklerindeki değerliği
2+, 3+ ve az olarak da 4+’dır.
Saf demir, gümüş parlaklığında, gri renkte,
dövülebilen, işlenebilen, kolayca tel ve levha hâline
getirilebilen orta sertlikte (kobalt ile nikel
arasında) bir metaldir. Çekme direnci 20-25 kg/
mm2, uzama kâbiliyeti % 40-50’dir. Isı ve elektrik
akımını iyi iletirse de bakıra göre düşüktür. Nemli
havalarda kolay paslanır. Üç tâne allotropik
kristal şekli gösterir. Kristal yapısı içmerkezli kübik
olan delta demir, (fenit d), yaklaşık 1400°Cnin
üzerinde kararlıdır ve bu sıcaklığın altında gamma
demire (ostenit) dönüşür. Gamma demir, yüzmerkezli
kübik yapıdadır ve paramagnetikdir. Demir
karbürle (Fe3C°, sementit) kolayca katı çözeltiler
meydana getirebilme özelliği çelik yapımında
önemlidir. 910°Cde, içmerkezli kübik yapıdaki
alfa demire (fenit) geçiş başlar. 768°C’de ise alfa
demir, kristal yapısı sâbit kalmak üzere, elektron
yapısındaki bir değişimle fenomagnetik özellik
kazanır. Yumuşak, sünek ve gri-beyaz renkte bir
metal olan alfa demirin çekme direnci yüksektir.manyetik olabilmesidir ki, bu özellik kobalt ve
nikel gibi diğer metallere nazaran çok üstündür.
Karbon, kobalt ve nikel gibi elementlerin mevcûdiyeti,
demirin manyetik olabilme gücünü arttırır.
Demir yüzeyinde, oksitlenmeyle, alüminyumda
olduğu gibi koruyucu tabaka teşekkülü söz
konusu olmadığından, korrozyona karşı dayanıksızdır.
Konozyondan korumak için, yüzeyleri geçirgen
olmayan bir boya ile veya nikel, krom gibi
elementlerle kaplama yapılır.
Bulunuşu: Metalik halde tabiatta pek az rastlanır.
Daha çok oksijenli ve kükürtlü bileşikleri hâlinde
bulunur. Demir ihtivâ eden minerallerin sayısı
yüzlere vardığı gibi birçok topraklar da az
veya çok demir ihtivâ ederler. Demir ihtiva eden
mineraller; oksitler, karbonatlar, silikatlar ve sülfürler
hâlinde bulunur. Bunların başlıcaları şunlardır:
Manyetit (Fe30 4): Manyetik özelliği vardır.
Siyah ve koyu esmer renktedir.
Hematit (Fe20 3): Kırmızı renkli olduğu için
kırmızı demir taşı da denir. Hematit filizlerinin
fosforu ve kükürdü az olduğundan demir elde edilmesinde
en çok tercih edilen filizlerden biridir.
Limonit (Fe20 3 x H20): Oksitlenmiş demir
rengindedir. İçinde fazla miktarda kireç bulunduğundan
üretim sırasında katkı maddesi olarak kireç
gerektirmez.
Siderit (FeC03): Demir spatı adı da verilir.
Bileşiminde fazla miktarda manganez de bulunduğundan
kıymetli bir cevherdir. Yüksek fırına
verilmeden önce kavrularak C02 çıkarılır.
Pirit (FeS2): Altın sarısı renkte olup daha çok
sülfürik asit üretiminde kullanılır. Kükürt miktarı
çok fazla olduğundan demir üretimi için uygun
değildir. Çünkü çok az miktardaki kükürt dahi demirin
kırılganlığını arttırmaktadır. Bir demir filizinin
işlenebilmesi için demir oranının % 30’dan
fazla olması gerekir.
Bileşikleri: Demir II bileşikleri, mat yeşil
renkte Fe2+ iyonu veya karmaşık iyonlar ihtiva
eder. Demirin +3 değerli olduğu bileşiklerde ise,
rengi sarıdan turuncuya ve kahverengiye doğru
değişen Fe3+ iyonu veya karmaşık iyonlar bulunur.
Oksijen ile demir üç bileşik meydana getirirler:
Demir II oksit (FeO), demir III oksit (Fe20 3)
ve her iki demir iyonunu da ihtiva eden Fe30 4. Yeşilimsiden
siyaha doğru değişen çeşitli renklerde
bulunan demir II oksit tozu, cam yapımında pigment
olarak kullanılır.
Demir III oksit, sarıdan, kırmızıya doğru değişen
renklerdeki pigmentler grubunun esas maddesidir.
İnce öğütülmüş kırmızı toz hâlinde, kıymetli
metallerin ve elmasların parlatılmasında ve
kozmetik yapımında kullanılır.Demir II sülfatın amonyum sülfatla meydana
getirdiği (NH4 ) 2 S04 FeS04 6H20 bileşimindeki
“mohr tuzu”, mürekkep yapımında, deri ve yünleri
siyaha boyamada, tarlalardaki parazitlerin öldürülmesinde
kullanılır. Demir III klorür (FeCl3)den
endüstride organik boya sentezinde, deri ve basma
boyacılığında istifâde edilir.
Bâzı demir bileşiklerinden tedâvi maksadıyla
da faydalanılır. Demir II glikonat [Fe(Cö Hu O7 ).
2 H2O] ve demir III pirofosfat [Fe4 (P2 C>7 ).x H2O],
kansızlık tedâvisinde sık kullanılan bileşikler arasındadır.
Pıhtılaştırma tesiri olan çeşitli demir III
tuzları da yaralara tatbik edilir.
Demirin biyolojik önemi: Demir hayatî açıdan
da önemli bir elementtir. Kanda oksijen taşıyıcısı
olan hemoglobin yapısında demir bulunur. Dolayısıyla
demir iyonlarının insan ve hayvan organizmasında,
solunum olaylarında çok önemli bir görevi
vardır. Bunların dışında demir, kasların myoglobininde,
sitokrom, peroksidaz ve katalaz enzim sistemlerinde
yer almasından dolayı da hayâtî bir mineraldir.
Bütün insan vücûdundaki total demir miktarı
ancak 4-5 gr arasında olmasına rağmen bunun
700 mg kadarı karaciğerdedir. Hayvansal organizma
büyük kısmıyla alyuvarlarda yer alan demir muhtevâsım
tekrar tekrar kullanma kâbiliyetindedir. Bu
sebeple günlük demir ihtiyâcı oldukça azdır. Çocuklar
için 10-15 mg arasında değişir. Büyüklerin demir
ihtiyâcı da cinsiyete ve yaşa göre farklılık gösterir.
İnsanlar yedikleri her türlü et besinleri ile yeteri
miktarda demir alırlar. Ayrıca sebzelerde başta
ıspanak olmak üzere, fasülyede, kuşkonmazda, incirde,
hurmada ve diğerlerinde demir bulunur.
Ham demir üretimi: Demir elde edilmesinde
daha ziyâde oksitli demir cevherleri kullanılır.
Oksitli olmayan cevherler de oksidine çevrilerek
kullanılabilir. Topraktan çıkarılan oksidli cevherler
mekanik olarak temizlendikten sonra yüksek fırın
adı verilen özel fırında kok kömürüyle indirgenir.
Burada indirgeme işlemini kömürün yetersiz
oksijenle yanmasından meydana gelen karbon
monoksit gazı yapmaktadır.
Yüksek fırın 25-30 m yüksekliğinde, 450-500
m3 hacimdedir. Yüksek fırında cevher, kok ve eritici
maddeler (ekseri kireç taşı CaC03) fırına üst
kısımdan yüklenir. Bir yandan bu maddeler yukarıdan
yüklenirken diğer yandan teşekkül eden ham
demir aşağıdan alınır. Ham demirde sementit adı
verilen demir karbür (Fe3C) bileşiği, silisyum,
kükürt, fosfor ve mangan da bulunur. Ergimiş ham
demirin üstünde de yoğunluğu daha az olan ergimiş
dışık (cüruf) bulunur. Cüruf katmanı demirin
tekrar oksitlenmesini önlemektedir. Ergimiş dışık
da zaman zaman dışarı alınır. Bu dışık, demir-
portland ve yüksek fırın çimentolarının elde
edilmesinde kullanılır.
Ham demirden düşük karbonlu demir elde etmek
için yabancı maddelerin uzaklaştırılması gerekir.
Bu maddelerin uzaklaştırılması sonucu ele
geçen ürüne çelik adı verilir. (Bkz. Çelik)
Dökme demir: Yüksek fırında elde edilen
pik demir, kupol ocağında ergitilerek dökme demir
elde edilmektedir. Kupol ocağında ham demirin bileşimi
pek az değişmektedir. Genel olarak Si ve Mn
miktarları azalmakta S ise artmaktadır. Kupol ocağı
dikey, hemen hemen silindir şeklinde ve ateşe
dayanıklı tuğlalarla örülmüş küçük bir yüksek fırına
benzer.
Dökme demir kum kalıplara veya kokil kalıplara
dökülerek, istenilen makina parçası ve benzeri
parçalar elde edilir. Dökme demir içindeki
karbon, Fe3C bileşiği hâlinde bağlı bulunursa, kırıldığı
zaman kesidi beyaz olur. Dökme demirin bu
cinsine “beyaz döküm” adı verilir. Bu demir çok
sert ve kırılgan bir yapıda olup, aşınmaya karşı çok
dayanıklıdır.Dökme demir, içindeki karbonun bir kısmı veya
tamâmı grafit şeklinde serbest halde bulunursa,
kırılma kesidi gri yâhut kızıl kahverengi olur. Bu
türlü dökme demire “kır döküm” adı verilir. Kır dökümün
sertliği daha düşüktür; işlenmesi de kolaydır.
Türkiye’de birçok yerde demir ve çelik işletmeleri
kurulmuş olup, bunların başlıcaları; Karabük
Demir ve Çelik İşletmesi, Ereğli Demir ve
Çelik İşletmesi, Kırıkkale Çelik Fabrikasıdır. Türkiye’nin
yıldan yıla artmakta olan demir cevher