See artikkel käsitleb metalli rauda. Tööriista, mida nimetatakse triikrauaks, vt triikimine.

Raud on keemiline element ja metall. See on teine kõige levinum metall Maal ja kõige laialdasemalt kasutatav metall. See moodustab suure osa Maa tuumast ja on neljas kõige levinum element maakoores.

Metalli kasutatakse palju, sest see on tugev ja odav. Raud on peamine koostisosa, mida kasutatakse terase valmistamiseks. Toorraud on magnetiline (tõmbab ligi magnetid) ja selle ühend magnetiit on püsivalt magnetiline.

Mõnes piirkonnas on rauda kasutatud umbes 1200 eKr. Seda sündmust peetakse üleminekuks pronksiajastult rauaajastule.

Põhiomadused

Keemiline märk: Fe; täisarvuline aatomnumber: 26; aatommass: ligikaudu 55,85 u. Raud on tihe, tugev ja heledalt hall metall. Tavalised füüsikalised parameetrid: sulamistemperatuur ~1538 °C, keemistemperatuur ~2862 °C ning tihedus umbes 7,87 g/cm³ toatemperatuuril.

Raual esinevad mitmed kristallistruktuurid sõltuvalt temperatuurist: alfa-raud (BCC) on stabiilne toatemperatuuril kuni ~912 °C, gamma-raud (FCC) vahemikus ~912–1394 °C ja delta-raud (BCC) lähemal sulamistemperatuurile. Raud on ferromagnetiline kuni Curie punktini ~770 °C.

Keemilised omadused ja õlid

Raudil on peamised oksüdatsiooniastmed +2 (Fe2+) ja +3 (Fe3+). Tavalised rauaühendid on:

  • magnetiit (Fe3O4) — looduslik magnet;
  • hematiit (Fe2O3) — sagedane rauamaak;
  • rooste ehk rautoksiidide ja hüdraatide segu (näiteks Fe2O3·nH2O), mis tekib raua korrosioonil vees ja õhus.

Raud reageerib hapetega ja oksüdeerub õhus niiskuse juures, mistõttu see roostetab kergesti, kui pinda ei kaitsta.

Ajalugu

Raua kasutuselevõtt umbes 1200 eKr tähistas üle maailma olulist tehnoloogilist nihet — pronksiajast rauaajastule. Alguses toodeti raua sulamitest ja tahetsemistest lahtisel tulel bloomery-tüüpi sulatamise teel. Hiljem leiutati kõrgahjud ja valuraud (suur süsinikusisaldus) ning sellest arenesid edasi terase tootmise meetodid. Industrialiseerumise käigus kasvas raua ja terase tootmine plahvatuslikult — need on olnud modernse tööstuse põhialused.

Terasetööstus ja peamised tootmismeetodid

Raud on terase peamine koostisosa. Terase valmistamisel muudetakse raua ja süsiniku osakaalu ning lisatakse muid elemente (nt kroom, nikkel, mangaan, molübdeen), et saavutada soovitud omadused (kõvadus, korrosioonikindlus, sitkus). Väärtuslikud mõisted:

  • Valuraud: kõrgem süsinikusisaldus (ligikaudu 2–4 %), habras, aga hästi valatav;
  • Terase klassid: süsinikterasest kuni legeeritud ja roostevabani (kroomi lisand annab korrosioonikindluse).

Peamised raua/terase tootmismeetodid:

  • Blast-ahi: raudoksiidid, koks ja kaldkivisöe lisaaineid kasutades toodetakse toorrauda (pig iron); see on traditsiooniline ja suures mahus kasutatav meetod;
  • Põhja-oksüdatsiooni protsess (Basic Oxygen Furnace, BOF): muundab toorrauda madala süsinikusisaldusega teraseks;
  • Elektriahjud (EAF): sulatavad peamiselt taaskasutatavat vana terast ja rauakraami elektrienergia abil — sobiv väiksematele tootmisüksustele ja ringlussevõtule;
  • Otsene reduktsioon (DRI): raudoksiidide muundamine madala süsiniku- või vesinikupõhise reduktsiooniga, mis on oluline tehnoloogia CO2 heitmete vähendamiseks.

Kasutusalad

Raud ja teras on ülimalt laia kasutusega materjalid. Peamised valdkonnad:

  • ehitus (terasest konstruktsioonid, raudbetooni armatuurid);
  • transport (autod, rongid, laevad);
  • masinatööstus ja tööriistad; elektrotehnikas osad;
  • kodumasinad ja igapäevased esemed (torud, plekk, pakendid);
  • energia- ja tööstusseadmed (torujuhtmed, rõhutorud, tuulegeneraatorite osad).

Korrosioon ja kaitsemeetodid

Peamine probleem rauaga on korrosioon ehk roostetamine. Levinumad kaitsemeetodid:

  • galvaniseerimine (tsingiga katmine);
  • värvimine ja kattekihid; katalüütilised ja keemilised kattemeetodid;
  • kaitse- ja anoodkaitse (katoodkaitse) torustike puhul;
  • legeerimine korrosioonikindlamate elementidega (näiteks roostevaba teras kroomi ja nikli lisandiga).

Keskkonnamõjud ja ringlussevõtt

Terase tootmine on energeetiliselt intensiivne ja traditsioonilised blast-furnace protsessid tekitavad suures koguses CO2. Ringlussevõtt (taaskasutus) on tuntuim viis energia kokkuhoiuks ja heitmete vähendamiseks — taaskasutatud terase tootmine elektriahjus kulutab oluliselt vähem energiat võrreldes esmasest raua tootmisest tekkivaga. Uued tehnoloogiad, nagu vesinikupõhine otsene reduktsioon, on arendamisel eesmärgiga vähendada CO2 emissioone.

Bioloogiline roll ja ohutus

Raud on organismidele oluline mikroelement: hemoglobiinis kantakse hapnikku raua abil, ja rauast sõltuvad mitmed ensüümid. Rauavaegus võib põhjustada aneemiat; samas liigse raua akumuleerumine on toksiline. Tööstuses töötamisel tuleb kaitsta sissehingamise ja naha kokkupuute eest (tolm, suitsud) ning järgida tööohutuse nõudeid.

Kokkuvõte

Raud on üks inimkonna tähtsamaid materjale — tugev, suhteliselt odav ja kergesti töödeldav. Selle roll terasetööstuses on keskne: modernne ehitus, tootmine ja transport sõltuvad suurel määral rauast ja terasest valmistatud toodetest. Samas toob rauatööstus kaasa ka keskkonnaprobleeme, mida lahendatakse ringlussevõtu ja uute vähese süsinikuheitmega tehnoloogiate abil.