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LE
MINERAI DE FER
Le
fer métallique est connu depuis les temps préhistoriques. Il était
utilisé dans la fabrication d’objets décoratifs et d’armes en
tout genre.
Le spécimen le plus ancien existant encore est un
ensemble de perles en fer oxydé trouvé en Égypte et datant
d’environ 4 000 ans av. J.-C. Le terme archéologique âge du fer
correspond à la période où le fer était très employé à des fins
utilitaires (voir métal, art du).
Les procédés modernes de
traitement du fer sont apparus en Europe centrale au milieu du XIVe siècle
av. JC.
Le fer pur a une dureté comprise entre 4 et 5 ; il est
mou, malléable et ductile. Il est facilement magnétisable aux températures
ordinaires, mais difficilement lorsqu’il est chauffé ; vers
790 °C, ses propriétés magnétiques disparaissent. Le fer pur fond
vers 1 540 °C, bout vers 2 750 °C, a une densité de 7,86 et une
masse atomique de 55,845.
Le métal existe sous trois différentes
formes allotropiques : le fer ordinaire, ou fer a, le fer g et le
fer δ. L’arrangement des atomes dans le réseau cristallin est
modifié par la transition d’une forme à une autre (voir
cristallographie). La transition du fer a au fer g se produit vers 910
°C ; la transition du fer g au fer δ a lieu vers 1 400 °C.
Les différences de propriétés physiques de toutes les formes
allotropiques et de quantités de carbone contenues dans chacune de
ces formes jouent un rôle important dans la formation, le
durcissement et le trempage de l’acier.
Le fer est un métal d’une
grande réactivité chimique : il s’associe facilement aux
halogènes (fluor, chlore, brome, iode et astate), au soufre, au
phosphore, au carbone et au silicium.
Le fer est soluble dans la
plupart des acides dilués, et brûle dans l’oxygène pour former un
oxyde, la magnétite, de formule Fe3O4. Exposé à l’air humide, le
fer se corrode (voir corrosion) en formant un oxyde ferrique hydraté,
brun rougeâtre et lamellaire, la rouille. La formation de la rouille
est due à un phénomène électrochimique : les impuretés présentes
dans le fer forment un « couple » électrique avec le fer métallique ;
un courant de faible intensité peut apparaître, l’eau constituant
une solution électrolytique.
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L’eau et les électrolytes solubles
comme le sel accélèrent la réaction.
Lors de ce processus, le fer métallique
est décomposé en réagissant avec l’oxygène atmosphérique pour
donner la rouille.
La réaction est plus rapide aux endroits où la
rouille est déjà formée ; des trous peuvent apparaître dans
le métal.
En présence d’acide nitrique concentré, le fer forme
une couche d’oxyde qui le passive, c’est-à-dire qui l’empêche
de réagir avec des acides ou toute autre substance (voir
passivation).
Cette couche d’oxyde protectrice peut être facilement
enlevée en frottant le métal ou par tout autre moyen mécanique. Le
métal retrouve alors sa réactivité.
Le fer métallique existe à l’état libre en peu d’endroits,
notamment à l’ouest du Groenland. On le trouve également dans les
météorites, en général allié au nickel.
Le métal est largement
présent dans certains composés chimiques. C’est le 4e
élément le plus abondant dans la croûte terrestre.
Proche de
l’aluminium par ses propriétés, c’est le plus abondant des métaux.
Le principal minerai de fer est l’hématite, oxyde de fer III, dont
il existe deux variétés : l’hématite rouge, ou oligiste, et
l’hématite brune, ou limonite.
Les autres minerais importants sont
la goethite, la magnétite, la sidérite. La pyrite, minerai de fer
sous forme de sulfure, n’est pas traitée comme les autres minerais
de fer, le fer étant difficile à séparer du soufre(voir sidérurgie).
De petites quantités de fer sont présentes sous forme combinée dans
les eaux naturelles, les plantes et le sang.
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