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铁的用途


铁元素 铁是有光泽的银白色金属,硬而有延展性,熔点为 1535℃, 沸点 2750℃,有很 强的铁磁性,并有良好的可塑性和导热性。比热容约为 0.46*1000J/(KG*℃ ) 声音在其中的传播速率:(m/S) 5120 纯铁密度:7.86g/cm^3 编辑本 段铁的形成 相对原子质量 55.847。铁有多种同素异形体。铁是比较活泼的 金属, 在金属活动顺序表里排在氢的前面。

常温时, 铁在干燥的空气里不易与氧、 硫、氯等非金属单质起反应,在高温时,则剧烈反应。铁在氧气中燃烧,生成 Fe3O4,赤热的铁和水蒸气起反应也生成 Fe3O4。铁易溶于稀的无机酸和浓盐酸 中,生成二价铁盐,并放出氢气。在常温下遇浓硫酸或浓硝酸时,表面生成一层 氧化物保护膜,使铁“钝化”,故可用铁制品盛装浓硫酸或浓硝酸。铁是一变价 元素,常见价态为+2 和+3。铁与硫、硫酸铜溶液、盐酸、稀硫酸等反应时失去 两个电子,成为+2 价。与 Cl2、Br2、硝酸及热浓硫酸反应,则被氧化成 Fe3+。 铁与氧气或水蒸气反应生成的 Fe3O4,可以看成是 FeO·Fe2O3,其中有 1/3 的 Fe 为+2 价,另 2/3 为+3 价。但 FeO·Fe2O3 不符合 Fe3O4 不与稀酸反应的性质, 经光谱检验,应为 Fe(+3)Fe(+2)[Fe(+3)O4],即铁酸铁与铁酸亚铁的复合盐。 铁 的 +3 价 化 合 物 较 为 稳 定 , 但 有 较 强 的 氧 化 性 , 能 把 铜 氧 化 成 +2 价 (2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2,常温下即可反应,用于刻蚀铜板) 常见化合 价+2 和+3,有好的延展性和导热性。也能导电。纯铁既能磁化,又可去磁,且 均很迅速。 电离能为 7.870 电子伏特。 化学性质比较活泼, 是一种良好的还原剂。 若有杂质, 在潮湿的空气中易锈蚀;在有酸气或卤素蒸气存在的湿空气中生锈更 快。易溶于稀酸。在浓硝酸中能被钝化。加热时均能同卤素、硫、硅、碳、磷等 化合。除生成+2 和+3 价氧化物外,还有复合氧化物 Fe3O4(是磁性氧化物)生 成。铁是工业部门不可缺少的一种金属。铁与少量的碳制成合金——钢,磁化之 后不易去磁,是优良的硬磁材料,同时也是重要的工业材料。在室温下,铁可缓 慢地从水中置换出氢,在 500℃以上反应速度增大: 含有铁元素的饰品(13 张) 铁在干燥空气中很难跟氧气反应,但在潮湿空气中很容易发生电化学腐蚀,若在 酸性气体或卤素蒸气氛围中腐蚀更快。铁可以从溶液中还原金、铂、银、汞、铜 或锡等离子。 铁元素的分布 铁是地球上分布最广的金属之一,约占地壳质量的 5.1%,居元分布序列中的 第四位,仅次于氧、硅和铝。 在自然界,游离态的铁只能从陨石中找到, 分布在地壳中的铁都以化合物的状态存在。铁的主要矿石有:赤铁矿 Fe2O3,含 铁量在 50%~60%之间;磁铁矿 Fe3O4,含铁量 60%以上,有亚铁磁性,此外还 有褐铁矿 Fe2O3?nH2O、菱铁矿 FeCO3 和黄铁矿 FeS2,它们的含铁量低一些, 但比较容易冶炼。中国的铁矿资源非常丰富,著名的产地有湖北大冶、东北鞍山 等。 华北地区的铁矿主要分布在河北省张家口宣化、唐山迁安和邯郸武安。 [铁的化学性质之一] 相对原子质量 55.847。铁有多种同素异形体,如 α 铁、β 铁、γ 铁、б 铁等。铁是比较活泼的金属,在金属活动顺序表里排在氢 的前面。常温时,铁在干燥的空气里不易与氧、硫、氯等非金属单质起反应,在 高温时,则剧烈反应。铁在氧气中燃烧,生成 Fe3O4,炽热的铁和水蒸气起反应 也生成 Fe3O4。铁易溶于稀的无机酸和浓盐酸中,生成二价铁盐,并放出氢气。 在常温下遇浓硫酸或浓硝酸时,表面生成一层氧化物保护膜,使铁“钝化”,故 可用铁制品盛装浓硫酸或浓硝酸。铁是一变价元素,常见价态为+2 和+3。铁与 硫、 硫酸铜溶液、 盐酸、 稀硫酸等反应时失去两个电子, 成为+2 价。 Cl2、 与 Br2、

硝酸及热浓硫酸反应,则被氧化成 Fe3+。铁与氧气或水蒸气反应生成的 Fe3O4, 可以看成是 FeO·Fe2O3,其中有 1/3 的 Fe 为+2 价,另 2/3 为+3 价。铁的+3 价化合物较为稳定。 [铁的化学性质之二] 铁的电子构型为 (Ar)3d64s2,氧化态有 0、+2、+3、+4、+5、+6。铁的化学性质活泼,为强还原 剂,在室温条件下可缓慢地从水中置换出氢,在 500℃以上反应速率增高: 铁在干燥空气中很难与氧发生作用,但在潮湿空气中很易腐蚀,若含有酸性气或 卤素蒸气时,腐蚀更快。铁可从溶液中还原金、铂、银、汞、铋、锡、镍或铜等 离子,如: CuSO4+Fe===FeSO4+Cu 铁溶于非氧化性的酸如盐酸和稀硫 酸中, 形成二价铁离子并放出氢气; 在冷的稀硝酸中则形成二价铁离子和硝酸铵: Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑ ( 2 Fe+6H2SO4 (浓) ===Fe2 (SO4) 3+3SO2↑+6H2O) 4Fe+10HNO3===4Fe(NO3)2+NH4NO3+3H2O 铁溶于热的或较浓的硝酸中,生成 硝酸铁并释放出氮的氧化物。 在浓硝酸或冷的浓硫酸中,铁的表面形成一层氧化 薄膜而被钝化。铁与氯在加热时反应剧烈(2Fe+3Cl2===2FeCl3)。铁也能与硫、 磷、硅、碳直接化合。铁与氮不能直接化合,但与氨作用,形成氮化铁 Fe2N。 铁的最重要的氧化态是+2 和+3。二价铁离子呈淡绿色,在碱性溶液中易被氧化 成三价铁离子。三价铁离子的颜色随水解程度的增大而由黄色经橙色变到棕色。 纯净的三价铁离子为淡紫色。 二价和三价铁均易与无机或有机配位体形成稳定的 配位化合物,如 Phen 为菲罗林,配位数通常为 6。零价铁还可与一氧化碳形成 各种羰基铁,如 Fe(CO)5、Fe2(CO)9、Fe3(CO)12。羰基铁有挥发性,蒸气剧毒。 铁也有+4、+5、+6 价态的化合物,但在水溶液中只有+6 价的。 化合物 主 要有两大类: 亚铁 Fe (Ⅱ)和正铁 Fe (Ⅲ) 化合物, 亚铁化合物有氧化亚铁(FeO)、 氯化亚铁(FeCl2)、硫酸亚铁(FeSO4)、氢氧化亚铁{Fe(OH)2}等;正铁化合物 有三氧化二铁 (Fe2O3)、三氯化铁 (FeCl3)、硫酸铁 {Fe2(SO4)3} 、氢氧化铁 {Fe(OH)3}等。 如在亚铁氰化钾 K4[Fe(CN)6]·3H2O(俗名:黄血盐)和铁 氰化钾 K3[Fe(CN)6](俗名:赤血盐)中。铁与环戊二烯的化合物二茂铁,是一 种具有夹心结构的金属有机化合物。 【铁的化学性质之三种状态】 铁 的电子构型为(Ar)3d64s2,氧化态有 0、+2、+3、+4、+5、+6。铁的化学性质活 泼,为强还原剂,在室温条件下可缓慢地从水中置换出氢,在 500℃以上反应速 率增高: 3Fe+4H2O(g)===Fe3O4+4H2↑ 铁在干燥空气中很难与氧发生作用, 但在潮湿空气中很易腐蚀,若含有酸性气或卤素蒸气时,腐蚀更快。铁可从溶液 中还原金、 银、 铋、 镍或铜等离子, 铂、 汞、 锡、 如: CuSO4+Fe===FeSO4+Cu 铁 溶于非氧化性的酸如盐酸和稀硫酸中,形成二价铁离子并放出氢气;在冷的稀硝 酸中则形成二价铁离子和硝酸铵: Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑ 4Fe+10HNO3===4Fe(NO3)2+NH4NO3+3H2O 【铁的化学性质之四----工业制取】 C+O2===( 点 燃 )CO2↑( 提 供 热 量 和 CO2) CO2+C===( 高 温 )2CO↑ Fe2O3+3CO===(高温)2Fe+3CO2↑ CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2↑ 编辑本段铁元 素来源 铁是地壳中较丰富的元素,仅次于氧、硅、铝。磁铁矿、赤铁矿、褐 铁矿和菱铁矿是重要的铁矿。 铁金属常用高炉以焦炭为燃料、用铁矿石和石炭石 为原料炼得。 用氢气还原纯氧化铁可得到纯铁。 含碳在 2.11%以上的铁叫生铁 (或 铸铁)。含碳量少于 0.2%的铁熔合体称为熟铁或锻铁。含碳量介于 0.2-2.11% 之间的铁合金叫做钢。生铁坚硬,但性脆;钢具有弹性;熟铁易于机械加工,但 要比钢柔软。生铁含碳量 4%左右,用生铁炼钢,就是减低生铁内的碳量达 2.11% 以下,使硅、锰、钼、钒、镍、铬等的元素含量在要求范围内,以及尽量将硫和 磷杂质除去。

铁元素用途 它的最大用途是用于炼钢;也大量用来制造铸铁和煅铁。铁和其 化合物还用作磁铁、染料(墨水、蓝晒图纸、胭脂颜料)和磨料(红铁粉)。还 原铁粉大量用于冶金。 浮选发治理污水:以铁为阳极电解污水,阴极产生 气泡(氢气)使污垢浮起,达到一定厚度使可去除,阳极产生的 Fe2+遇到阴极 产生的 OH-生成具有吸附性的沉淀 (Fe(OH)2 被氧化成 Fe(OH)3), 吸附杂质。 编 辑本段铁元素辅助资料 铁在自然界中分布极广, 但是人类发现和利用铁却比 黄金和铜要迟。 这首先是由于天然单质状态的铁在地球上是找不到的,而且它容 易氧化生锈,再加上它的熔点(1535℃)又比铜(1083℃)高得多,使它比铜难 以熔炼。 人类最早发现铁是从天空落下的陨石, 陨石含铁的百分比很高 (铁 陨石中含铁 90.85%),是铁和镍、钴的混合物。考古学家曾经在古坟墓中,发 现陨铁制成的小斧; 在埃及第五王朝至第六王朝的金字塔所藏的宗教经文中,记 述了当时太阳神等重要神像的宝座是用铁制成的。 铁在当时被认为是带有神秘性 的最珍贵的金属, 埃及人干脆把铁叫做“天石”。 在古希腊文中, “星”和“铁” 是同一个词。 1978 年,在北京平谷县刘河村发掘一座商代墓葬,出土许多 青铜器,最引人注目的是一件古代铁刃铜钺,经鉴定铁刃是由陨铁锻制的,这不 仅表明人类最早发现的铁来自陨石,也说明我国劳动人民早在 3300 多年前就认 识了铁并熟悉了铁的锻造性能, 识别了铁和青铜在性质上的差别,并且把铁锻接 到铜兵器上,加强铜的坚利性。 由于陨石来源极其稀少,从陨石中得来的 铁对生产没有太大作用, 随着青铜熔炼技术的成熟,才逐渐为铁的冶炼技术发展 创造了条件。 我国最早人工冶炼的铁是在春秋战国之交的时期出现的,距今大约 2500 年。我国炼钢技术发展也很早,1978 年,湖南省博物馆长沙铁路车站建设 工程文物发掘队从一座古墓出土一口钢剑,从古墓随葬陶器的器型,纹饰以及墓 葬的形制断定是春秋晚期的墓葬。这口剑所用的钢经分析是含碳量 0.5%左右的 中碳钢,金相组织比较均匀,说明可能还进行过热处理。 古代劳动人民的 炼铁技术也是杰出的, 至今竖立在印度德里立附近一座清真寺大门后的铁柱,是 用相当钝的铁铸成的,当时如何生产这样的铁,现代人也认为是一个奇迹。由人 分析了它的成分,含铁量大于 99.72%,其余是碳 0.08%,硅 0.046%,硫 0.006%, 磷 0.114%。 开创现代炼钢新纪元的是一名叫贝塞麦的浇铸工人,他在 1856 年 8 月 11 日宣布了他的可倾倒式转炉。 随着工业发展,在生产建设和生活 中出现大量废钢和废铁,这些废料在转炉中不能使用,于是出现了平炉炼钢,是 由德国西门子兄弟以及法国马丁兄弟同时创建的, 时间是在 19 世纪 60 年代初。 铁字人体分布 铁元素也是构成人体的必不可少的元素之一。成人体内约有 4—5 克铁,其中 72%以血红蛋白、35%以肌红蛋白、0.2 以其它化合物形式存在, 其余为储备铁。储备铁约占 25%,主要以铁蛋白的形式储存在肝、脾和骨髓中。 成人摄取量是 10—15mg。妊娠期妇女需要 30mg。1 个月内,女性所流失的铁大 约为男性的两倍,吸收铁时需要铜、钴、锰、维生素 C。需要人群:妇女特别是 孕妇需要补充铁质, 但要注意妊娠期妇女服用过多铁剂会使胎儿发生铁中毒。假 如您正在服用消炎药或每天必须服用阿司匹林的话,那么您就需要补充铁。经常 喝红茶或咖啡的人请注意,饮用大量的红茶和咖啡会阻碍铁的吸收。 铁在 代谢过程中可反复被利用。 除了肠道分泌排泄和皮肤、黏膜上皮脱落损失一定数 量的铁(1mg/每日),几乎没有其它途径的丢失。 铁的用途 在我们的生活里,铁可以算得上是最有用、最价廉、最丰富、

最重要的金属了。铁是碳钢、铸铁的主要元素,工农业生产中,装备制造、铁路 车辆、道路、桥梁、轮船、码头、房屋、土建均离不开钢铁构件,我国年产钢材 4 亿多吨、铸件 3350 万吨。钢铁的年产量代表一个国家的现代化水平。 对 于人体, 铁是不可缺少的微量元素。在十多种人体必需的微量元素中铁无论在重 要性上还是在数量上,都属于首位。一个正常的成年人全身含有 3g 多铁,相当 于一颗小铁钉的质量。 人体血液中的血红蛋白就是铁的配合物,它具有固定氧和 输送氧的功能。人体缺铁会引起贫血症。只要不偏食,不大出血,成年人一般不 会缺铁。 所谓煤气中毒(一氧化碳中毒),也是由于血红素中铁原子核心 被一氧化碳气体分子紧紧地包围住,丧失了吸收氧分子的能力,使人窒息中毒而 死亡。 铁还是植物制造叶绿素不可缺少的催化剂。如果一盆花缺少铁,花 就会失去艳丽的颜色,失去那沁人肺腑的芳香,叶子也发黄枯萎。一般土壤中也 含有不少铁的化合物。铁是土壤中的一个重要组分,其在土壤中的比例从小于 1%至大于 20%不等,平均是 3.2% . 铁主要以铁氧化物的形式存在,其中既有二 价又有三价铁, 大多数铁氧化物在土壤颗粒中以不同程度的微结晶形式存在。 编辑本段铁的核反应 在元素中,铁的原子质量相当于它的核子数是最小的, 在元素周期表中, 比铁轻的元素聚变释放能量, 比铁重的裂变放出能量, 唯有铁, 聚变和裂变都要吸收能量而且需要非常苛刻的条件。 这也就是大质量恒星为什么 当核心变成铁时便塌缩成中子星或黑洞。 2.3 免疫功能降低 免疫功能降低, 增加了细菌和寄生虫感染的敏感性,以至体重和体长的生长 发育均受到不良影响。例如仔猪的腹泻与高的死亡率。 2.4 铁中毒 猪全价配合饲料中正常添加铁剂量一般低于 0.014%,肉鸡正常添加量为 0.008%,产蛋鸡为 0.005%,若添加量超过标准量 20 倍以上就会出现慢性铁中毒 现象[3]。铁的耐受量一般较大。猪采食日粮中铁的耐受量 3000mg/kg, 牛和禽 为 1000mg/kg。但添加过多,易造成中毒。 3~10 日龄仔猪口服硫酸亚铁的中毒 剂量为:600mg/kg 体重,喂后 1~3h 可出现中毒症状[4]。 另外,静脉注射铁盐 比口服毒性大得多。一次注射高剂量铁制剂,3~5h 后也可引起仔猪中毒。胡新 桂(1999)报道,给仔猪注射铁剂 200ml,即补铁量达 450~750mg,就出现中毒症 状[5]。表现为皮肤潮红,精神呆滞,站立不稳,呼吸急促,体温降低,嗜睡, 继而昏迷,严重时死亡。 (三)铁添加剂在动物生产上的应用 目前饲料中使用的铁添加剂经历了三个发展阶段,第一代产品即无机铁:硫 酸亚铁、碳酸亚铁、三氧化铁、氯化铁、氯化亚铁等;第二代产品即有机盐铁: 乳酸铁、葡聚糖铁、柠檬酸亚铁、延胡索酸铁等;第三代为蛋白源或氨基酸螯合 铁:蛋氨酸螯合铁,苏氨酸螯合铁等。

铁元素的营养作用及在动物生产上的应用 摘要:铁是动物体必需的微量元素,在动物生产上应用广泛。本文综述了铁 的营养生理功能及在生产上的应用,并对无机铁(硫酸亚铁),有机盐铁和氨基酸 螯合铁等不同形式的铁制剂在动物生产中的应用做了较全面的比较, 目前最有效 的,最具有发展前途的是氨基酸螯合铁。 关键词:铁营养作用应用 铁是动物体 必需的微量元素, 在动物体代谢过程中起着极其重要的作用。铁不仅是多种化合 物的组分, 还和多种与代谢相关的酶活性有关,且在一定程度上影响机体的免疫 机能[1]。动物所需的铁一般由饲料提供。目前所使用含铁添加剂已由原来单一 的无机盐铁逐步过渡到无机铁, 有机盐铁与氨基酸螯合铁并存的阶段。本文就铁 的营养生理功能及不同形式的含铁添加剂对动物生产的影响做一综述。 (一)铁的营养生理功能 1.1 作为载体及酶的组分 铁参与了血红蛋白与肌红蛋白的组成, 担负着运载体内氧和二氧化碳的重要 作用。 另外, 铁直接参与细胞色素氧化酶、 过氧化物酶和黄嘌呤氧化酶等的组成。 二价或三价铁离子又是激活碳水化合物代谢的各种酶的不可缺少的活化因子。 1.2 参与蛋白质合成和能量代谢 动物体内铁的含量直接影响磷的含量, 缺铁时肝细胞中的 DNA 的合成会因缺 磷而受到抑制,组织细胞中的线粒体和微粒体异常。此外,铁作为细胞色素的组 分参与动物细胞内的能量代谢过程。Romslo 认为体内能量的释放依附于线粒体 聚集铁的数量,且两者成正比[1]。 1.3 生理防卫与免疫机能 白细胞或奶中的乳铁蛋白能够将肠道内游离的铁离子结合成复合物, 以便于 乳酸杆菌的利用, 同时抑制了大肠杆菌的作用,能够很好地预防新生动物尤其是 仔猪的腹泻。 (二) 铁缺乏与过量 2.1 贫血 这是动物缺铁的最显著症状。铁能够影响体内蛋白质的合成,缺铁时,肝细 胞和其他组织细胞内的线粒体和微粒体异常,细胞色素 C 含量下降,蛋白质合成 和能量利用受阻, 动物出现贫血、 体重下降。 另一种作用机制的解释是: 缺铁后,

淋巴细胞的 DNA 合成受干扰, 失去对特异抗原的敏感性,机体对抗感染的应激能 力下降,易受感染,感染后红细胞的破坏加速,造成动物贫血[1]。 2.2 氧化还原过程紊乱,出现病变 研究证明,三羧酸循环中有一半以上的酶含有铁,或在铁存在下才能发挥生 化作用[2]。缺铁会导致这些酶的活性受到严重影响,从而影响体内氧的运输和 贮存。 此外, 硫化亚铁复合物被证实在生物体系的许多氧化还原反应中都起着关 键性的作用。铁供应不足,呼吸链和过氧化物的氧化还原过程会发生紊乱,影响 机体的正常代谢。 3.1 无机铁 各种无机铁源的相对生物利用率[2] 硫酸亚铁盐是很好的无机铁源, 尤其是 七水硫酸亚铁盐在目前饲料工业中应用最广泛。张家松等(1996)[6]在鲤鱼种饲 料中添加不同梯度的 FeSO4?7H2O(0.2g, 0.3g, 0.4g/kg 干料), 结果发现, FeSO4?7H2O 的添加对加快鲤鱼的生长、提高产量和经济效益效果明显,其中以 0.3g/kg 干料的添加效果最佳。日本学者(1993)[7]研究表明,在产蛋期的母鸡 饲料中拌合 100mg FeSO4 粉/kg 饲料,可以防止母鸡的缺铁性贫血,进而提高产 蛋率 25%以上。 由于硫酸亚铁溶解性好且可作为有效的血红素成分,所以经常 用来给仔猪补铁,一般,为预防仔猪贫血或感染细菌毒素,确保正常生长,2~3 日龄就应补铁。 补充铁剂的方式有直接给仔猪补铁和通过母体间接补铁两种,例 如用硫酸亚铁 200mg/kg 铁补给母猪,可提高猪粪中铁的含量,使仔猪每天食母 猪粪便 50~80g, 可获得足够预防贫血的铁[4]。 此外,硫酸亚铁还被用作棉籽 饼(粕)减毒剂[2],是目前最有效、可靠的棉籽饼(粕)减毒方法。棉籽饼(粕)中 含有游离棉酚和结合棉酚,结合棉酚不易被吸收、毒性较小,游离棉酚易被单胃 动物吸收, 产生毒性。硫酸亚铁(FeSO4-7H2O)中的二价铁离子可以与游离棉酚螯 合,形成的复合物难以被动物吸收,从而减轻了其毒性。另外,当日粮中游离棉 酚含量高时,动物易缺铁,所以即使不因为解毒作用,也应补铁。 3.2 有机铁 葡聚糖铁、 柠檬酸亚铁、 乳酸铁等有机盐溶解性好、 易吸收、 生物效价较高、 稳定性也较无机盐高。有机盐铁在畜禽生产中主要起营养与免疫的作用。(1)营 养方面:有机铁、有机钴和维生素优化组合,补铁效果明显迅速。能够提高母猪 的繁殖性能,提高仔猪存活率、初生重。可以改善蛋禽产蛋品质、减少破壳率、 加深蛋黄颜色、减少应激。(2)免疫方面:有效防止仔猪贫血,抑制幼畜腹泻、 仔猪下痢。 3.3 氨基酸螯合铁

氨基酸螯合铁是一种配位体(氨基酸)同一种金属离子(微量元素)形成的一 种环状结构的络合物。常见的螯合环有五元环和六元环,其中 α ?氨基酸螯合铁 为五元环,β ?氨基酸螯合铁为六元环。微量元素被氨基酸螯合后,生成稳定常 数适中的螯合物, 这些螯合物在小肠中利用氨基酸吸收通道,避免了与通过矿物 元素离子吸收通道运转的其他矿物元素的竞争与拮抗。 另外螯合物的生化性质更 加稳定, 有效抵御日粮中其他养分与之发生不利反应。螯合物在机体内溶解性能 好、易吸收、利用率高。此外,氨基酸螯合铁还具有一定的杀菌和免疫功能。有 人认为,螯合态微量元素在特定组织、靶器官或功能位点发挥特定功能 磁铁在医学上的神奇运用 磁铁 成分是铁、钴、镍等原子的内部结构比较特殊,其原子本身就具有磁矩。 一般情况下, 这些矿物分子的排列较混乱。而它们的磁区互相影响并显示不出磁 性来,但是在外力(如磁场)导引下其分子的排列方向就会趋向一致,其磁性就 会明显的显示出来,也就是我们平时俗称的磁铁。磁铁分永久磁铁与软铁,永久 磁铁是加上强磁, 使磁性物质的自旋与电子角动量成固定方向排列,软磁则是加 上电流(也是一种加上磁力的方法) 等电流去掉软铁会慢慢失去磁性。最早发 现及使用磁铁的应该是中国人,“指南针”是中国四大发明之一。 磁铁不光在工业上有很好的价值, 更加神奇的时在医学上磁铁也发挥着 很大的功效: 镇痛:如利用磁铁进行磁疗能改善血液组织营养,克服由缺铁、缺氧、炎 性渗出、 肿胀压迫神经末梢和致痛物质聚集等引起的疼痛;磁场能提高致痛物质 水解酶的活性,使致痛物质水解或转化,达到止痛的目的;磁场可刺激穴位,疏 通经络,调和气血,通过穴位下的神经反射来降低末稍神经的兴奋性,进而达到 止痛效果。 消炎消肿:生物性炎症是由细菌、病毒、寄生虫引起的;非生物性炎症是由低 温、高温、各种毒性、机械创伤等引起的。 降压降脂:磁场能加强大脑皮层的抑制过程,对植物神经有调节作用,使肌 体微循环功能加强,可使血压下降;磁场能使胆固醇的碳氢长链变成短链,成为 多结晶中心,加上红细胞转动,使胆固醇易沉着于血管壁上,而易于排出,所以 又有降血脂作用。 镇静:磁疗对经络和神经、体液等都有一定的调节作用,不仅可以改善睡眠状 态,促进入睡和延长睡眠时间,还能缓解肌肉,减轻瘙痒等。 抑制肿瘤:过度性肿瘤,如纤维瘤、脂肪瘤等,可使之缩小或消失;对恶性肿 瘤,如消化道肿瘤、淋巴肿瘤、肝癌、肾癌等,亦可改善症状、抑制生长或缩小 肿块等。 磁铁在医学的应用 在医学上,利用核磁共振可以诊断人体异常组织,判断疾病,这就是我们比较 熟悉的核磁共振成像技术, 其基本原理如下: 原子核带有正电, 并进行自旋运动。 通常情况下,原子核自旋轴的排列是无规律的,但将其置于外加磁场中时,核自 旋空间取向从无序向有序过渡。 自旋系统的磁化矢量由零逐渐增长,当系统达到

平衡时,磁化强度达到稳定值。如果此时核自旋系统受到外界作用,如一定频率 的射频激发原子核即可引起共振效应。在射频脉冲停止后,自旋系统已激化的原 子核,不能维持这种状态,将回复到磁场中原来的排列状态,同时释放出微弱的 能量,成为射电信号,把这许多信号检出,并使之时进行空间分辨,就得到运动 中原子核分布图像。 核磁共振的特点是流动液体不产生信号称为流动效应或流动 空白效应。因此血管是灰白色管状结构,而血液为无信号的黑色。这样使血管很 容易软组织分开。正常脊髓周围有脑脊液包围,脑脊液为黑色的,并有白色的硬 膜为脂肪所衬托, 使脊髓显示为白色的强信号结构。核磁共振已应用于全身各系 统的成像诊断。效果最佳的是颅脑,及其脊髓、心脏大血管、关节骨骼、软组织 及盆腔等。对心血管疾病不但可以观察各腔室、大血管及瓣膜的解剖变化,而且 可作心室分析,进行定性及半定量的诊断,可作多个切面图,空间分辨率高,显 示心脏及病变全貌,及其与周围结构的关系,优于其他 X 线成像、二维超声、核 素及 CT 检查。 磁不仅可以诊断,而且能够帮助治疗疾病。磁石是古老中医的一味药材。现在, 人们利用血液中不同成分的磁性差别来分离红细胞和白细胞。另外,磁场与人体 经络的相互作用可以实现磁疗, 在治疗多种疾病方面有独到的作用,已经有磁疗 枕、磁疗腰带等应用。用磁铁作成的除铁器可以去除面粉等中可能存在的铁末, 磁化水可以防止锅炉结垢,磁化种子可以在一定程度上使农作物增产。 如今, 稀土永磁磁铁已经被广泛应用于新兴工业领域,同时在传统工业领域他 们也正在逐渐取代普通的磁铁。 尤其是钕铁硼磁铁,因其优异的性能被广泛用于 电子、机械、计算机、通讯器材、化学、生物学、医药以及航天、航空、军事等 高科技领域。 铁磁材料在现代科学中的应用 铁磁材料在现代科学技术中得到广泛的应用,随着材料科学的发展,它已成为一 种重要的智能材料。本文主要介绍铁磁材料的原理,分类,及其应用;并对三类 主要铁磁材料详细介绍,包括软磁材料,硬磁材料,矩磁材料。 随着工及电讯技术的兴起, 开始使用低碳钢制造电机和变压器,在电话线路中 的电感线圈的磁芯中使用了细小的铁粉。氧化铁。细铁丝等。到 20 世纪初,研 制出了硅钢片代替低碳钢,提高了变压器的效率,降低了损耗。直至现在硅钢片 在电力用软磁材料中仍居首位。到 20 年代,无线电技术的兴起,促进了高导磁 材料的发展,出现了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等。从 40 年代到 60 年代,是科 学技术飞速发展的时期,雷达。广播。集成电路的发明等,对软磁材料的要求也 更高,生产出了软磁合金薄带及软磁铁氧体材料。进入 70 年代,随着电讯。自 动控制。 等行业的发展, 研制出了磁头用软磁合金, 除了传统的晶态软磁合金外, 又兴起了另一类材料—非晶态软磁合金。 铁磁材料是受到外磁场作用时显示很强磁性的材料。例如铁,钴,镍和它们的 一些合金, 稀土族金属以及一些氧化物都属于铁磁材料, 具有明显而特殊的磁性。 首先,它们都有很大的磁导率μ ;其次,它们都有明显的磁滞效应。 磁导率(magnetic permeability) :表征磁介质磁性的量。常用符号μ 表示,μ 为介质的磁导率,或称绝对磁导率。磁滞----铁磁体在反复磁化的过程中,它的 磁感应强度的变化总是滞后于它的磁场强度,这种现象叫磁滞。高磁导率是铁磁 材料应用特别广泛的主要原因。 磁滞特性使永磁体的制造成为可能,但在许多其 他应用中却带来不利影响。 当铁磁材料处于交变磁场中时将沿磁滞回线反复被磁 化。在反复磁化的过程中要消耗额外的能量,以热的形式从铁磁材料中释放,这

种能量损耗称为磁滞损耗, 磁滞损耗不仅造成能量的浪费,而且使铁芯的温度升 高,导致绝缘材料的老化,所以应尽量减少。 软磁材料(soft magnetic material) :具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料。软 磁材料易于磁化,也易于退磁,广泛用于电工设备和设备中。软磁材料在工业中 的应用始于 19 世纪末。软磁材料主要有,以金属软磁材料(以硅钢片,坡莫合 金等为代表,包括 Fe 系,FeSiAl 系和 FeGo 系等)和铁氧体软磁材料(如 MnZn 系,NiZn 系和 MgZn 系等)为代表的晶体材料,非晶态软磁合金(主要分为 Fe 基和 Go 基两种)以及近年来发展起来的纳米晶软磁合金,如纳米粒状组织软磁 合金,纳米结构软磁薄膜和纳米线等等。应用最多的软磁材料是铁硅合金(硅钢 片)以及各种软磁铁氧体等。 硬磁是指磁化后不易退磁而能长期保留磁性的一种铁氧体材料, 也称为永磁材 料或恒磁材料。 硬磁铁氧体的晶体结构大致是六角晶系磁铅石型,其典型代表是 钡铁氧体 BaFe12O19。 这种材料性能较好, 较低, 不仅可用作电讯器件如录音器、 电话机及各种仪表的磁铁,而且在、生物和印刷显示等方面也得到了应用。硬磁 材料常用来制作各种永久磁铁、 扬声器的磁钢和电路中的记忆元件等。在电学中 硬磁材料的主要作应是产生磁力线,然后让运动的导线切割磁力线,从而产生电 流。 磁带录音原理:硬磁性材料被磁化以后,还留有剩磁,剩磁的强弱和方向随 磁化时磁性的强弱和方向而定。录音磁带是由带基、粘合剂和磁粉层组成。带基 一般采用聚碳酸脂或氯乙烯等制成。磁粉是用剩磁强的 r-Fe2O3 或 CrO2 细粉。 录音时,是把与声音变化相对应的电流,经过放大后,送到录音磁头的线圈内, 使磁头铁芯的缝隙中产生集中的磁场。随着线圈电流的变化,磁场的方向和强度 也作相应的变化。当磁带匀速地通过磁头缝隙时,磁场就穿过磁带并使它磁化。 由于磁带离开磁头后留有相应的剩磁,其极性和强度与原来的声音相对应。磁带 不断移动,声音也就不断地被记录在磁带上。 矩磁材料,这里是指具有矩形磁滞回线的铁氧体材料。它的特点是,当有较 小的外磁场作用时,就能使之磁化,并达到饱和,去掉外磁场后,磁性仍然保持 与饱和时一样。如镁锰铁氧体,锂锰铁氧体等就是这样。这种铁氧体材料主要用 于各种电子的存储器磁芯等方面。 应用于计算机磁性存储设备和作为乘客乘车的 凭证和票价结算的磁性卡所用的磁性材科及作用原理, 同磁带所用的磁性材料及 作用原理基本相同。但材料是矩磁材料(易磁化不易去磁


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