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produktion aus. Es ist leicht verfügbar und entsprechend günstig,
zugleich hat es hervorragende Eigenschaften. Reines Eisen ist
relativ weich und sehr korrosionsanfällig, aber ein gewisser
Gehalt an Kohlenstoff und zulegierte »Stahlveredler« führen zu
Materialien, deren Eigenschaften an den jeweiligen Verwen-
dungszweck angepasst sind.
Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt unter 0,01 % wird
Schmiedeeisen genannt, es ist zwar relativ weich und rostet
schnell, aber es ist auch gut schmiedbar. Stahl (
7
Kasten 2.1
) hat
einen Kohlenstoffgehalt zwischen 0,01 und 2 %. Er ist deutlich
härter, aber noch immer plastisch verformbar. Verschiedene zu-
legierte Stahlveredler vermindern die Korrosionsanfälligkeit
(rostfreier Stahl), erhöhen die Härte und so weiter. Bei einem
Kohlenstoffgehalt über 2 % ist das Metall zwar sehr hart, aber
spröde und nicht mehr schmiedbar. Es kann aber gut in Formen
gegossen werden und wird entsprechend Gusseisen genannt. Je
nach Abkühlgeschwindigkeit ist der Kohlenstoff darin als Eisen-
karbid (»weißes Gusseisen«) oder auch als Grafit (»schwarzes
Gusseisen«) vorhanden. Das aus einem Hochofen ausfließende
Roheisen hat einen Kohlenstoffgehalt von 4-5 %. Es kann direkt
als Gusseisen verwendet oder durch Frischen zu Stahl verarbeitet
werden.
Stahl wird vor allem im Bau (Stahlbeton und Stahlkonstruk-
tionen), für Maschinen und Werkzeuge, Motoren, im Auto-,
Bahn- und Schiffsbau verwendet. Aus Gusseisen werden zum
Beispiel Maschinenteile, Kanaldeckel und Pfannen gegossen. Im
19. Jahrhundert waren Ofenplatten, Geländer, Straßenlaternen,
Säulen und Brücken aus Gusseisen beliebt, noch früher wurden
daraus Kanonen und Kanonenkugeln gegossen.
Wichtig ist auch die ferromagnetische Eigenschaft von Eisen.
Elektromagnete, Generatoren, Elektromotoren und Transforma-
toren beruhen auf der Induktion von Magnetfeldern in den von
einer Spule umwickelten ferromagnetischen Kern. Dieser Kern
besteht aus Eisen oder aus einer Legierung von Eisen mit zum
Beispiel Aluminium, Kobalt oder Nickel oder aus Ferriten. Mit
Ferriten sind in diesem Fall ferrimagnetische, aber nicht leitende
Keramikmaterialien mit Eisenoxid oder anderen Metalloxiden
gemeint. Dieselben Zusammensetzungen dienen auch zur Ab-
schirmung elektromagnetischer Wellen.
Eisenoxide werden in relativ großer Menge als Farbpigmente
verwendet.
Die weltweite Stahlproduktion lag 2010 bei 1,42 Milliarden
Tonnen, wovon 46 % allein auf China fielen. Hinzu kommen die
anderen genannten Anwendungen von Eisen. Der Metallgehalt
des im selben Jahr geförderten Eisenerzes lag bei 1,28 Milliarden
Tonnen. Ein Teil des Bedarfs wird durch Recycling gedeckt.
Kontinentale Kruste besteht durchschnittlich zu 5,6 % aus
Eisen, das nach Sauerstoff, Silizium und Aluminium das viert-
häufigste Element ist. Allerdings sind eisenhaltige Silikate nicht
nutzbar. Die wichtigsten Erzminerale (
.
Tab. 2.1
) sind Magnetit
(
.
Abb. 2.1
) und Hämatit. Häufiges Verwitterungsprodukt ist der
gelbliche erdige Limonit, ein Aggregat aus unterschiedlichen Ei-
senhydroxiden.
Abb. 2.1
Magnetit. Sankt Paul, Banat, Rumänien. © F. Neukirchen /
Mineralogische Sammlungen der TU Berlin.
Tab. 2.1
Wichtige Eisenminerale und ihr Metallgehalt.
Fe
2+
Fe
3+
2
O
4
(oft mit Ti, Mn, Mg, Al, V)
Magnetit
(
72 % Fe
.
Abb. 2.1)
Hämatit
Fe
3+
2
O
3
70 % Fe
Goethit
α
-Fe
3+
OOH
62 % Fe
Lepidokrokit
γ
-Fe
3+
OOH
62 % Fe
Siderit
FeCO
3
48 % Fe
fältig, wobei BIF (Banded Iron Formations, Bändereisenerze;
7
Abschn. 5.2
) am wichtigsten sind. Weiter zu nennen sind LMI
(Layered Mafic Intrusions, geschichtete mafische Intrusionen;
7
Abschn. 3.3
), Kiruna-Typ (
7
Abschn. 3.6
), Eisenskarne (
7
Ab-
schn. 4.9
) sowie metasomatische Sideritlagerstätten (
7
Abschn.
4.10
). Da Magnetit sehr leicht mit Magneten abgetrennt werden
kann, fällt auch bei einigen anderen Lagerstättentypen Magne-
titkonzentrat als Nebenprodukt an. Historisch wichtig waren
hydrothermale Gänge (
7
Abschn. 4.1
), Lahn-Dill-Typ (
7
Abschn.
4.18
), Eisenoolithe (
7
Abschn. 5.3
), Trümmererz (
7
Abschn. 5.3
),
Bohnerz (
7
Abschn. 5.4
), Eisenkonkretionen (
7
Kasten 5.19
) und
Sumpfeisenerz (
7
Kasten 5.19
).
2.1.2 Mangan (Mn)
Mangan wird in erster Linie als Stahlveredler eingesetzt. Er
bindet dabei Sauerstoff und Schwefel und sorgt für Härtbarkeit
und geringeren Verschleiß. Auch in Aluminium- und Kupfer-
legierungen wird Mangan verwendet. Weitere Anwendungen
sind Alkali-Mangan-Batterien (»Alkaline«) sowie Zink-Mangan-
Ferrite (siehe Eisen).
Manganerze sind oft erdige Massen (» Wad«, » Umber«) oder
feste Krusten (»Psilomelan«), die aus verschiedenen Mangan-
oxiden und -hydroxiden zusammengesetzt sind (
.
Tab. 2.2
). Es
gibt aber auch schöne Kristalle. Die wichtigsten Lagerstätten be-
Typische Erzgrade liegen bei 55-60 % Fe, minimal bei etwa
32 %. Erze mit hohen Gehalten an Phosphor, Schwefel und an
anderen Metallen müssen gegebenenfalls speziell verarbeitet
werden. Eisenlagerstätten sind weit verbreitet und sehr viel-
