铁，作为地球上最常见的元素之一，在人类历史中扮演了重要角色。从最早的铁器时代开始，铁就逐渐成为推动文明进步的重要力量。在前面的视频中，我们介绍过铁和钢，今天，我们将深入的介绍下铁，看看铁在不同的纯度下，有什么特别的性质。
虽然我们日常所见的铁器并不完全是纯铁，但“纯铁”这个概念在科学和工业中具有非常重要的意义。纯铁，顾名思义，是指含铁量非常高、杂质含量极低的铁。通常，我们用纯度来衡量铁的纯净程度。例如，99.9%的纯度称为3N，即Three Nines，，而99.99%的纯度则称为4N，依此类推，99.999%的纯度为5N。
3N纯铁指的是纯度达到99.9%的铁。这种纯度的铁通过精细的提纯工艺制造，杂质含量较低。3N纯铁的物理和化学特性与普通铁相比更为稳定，在一些需要较高纯净度的应用中得到广泛使用。例如，电子工业中需要使用3N纯铁来制造磁性材料，因为杂质会影响磁性能。4N纯铁的纯度进一步提高，达到99.99%。这种高纯度铁的制造工艺更加复杂，需要更严格的控制和更精密的设备。4N纯铁具有优良的导电性和耐腐蚀性，因此在高精度仪器制造中非常重要。例如，高频电感器和某些特殊合金都需要使用4N纯铁作为基材，以确保其性能的稳定和可靠。
就像我们电脑中机械硬盘驱动器中的的磁头材料，就需要高纯度铁来确保数据读写的稳定性和准确性。而高纯度铁，由于它低电阻的特性，使得电流经过使损耗特别低，因此使其成为制造高效电机和变压器的理想材料。
3N纯铁稳定的特性使得它可以作为标准样品和实验材料使用，研究铁合金的性能时，3N纯铁常常作为基准材料，让材料学家们能更好地分析合金中其他元素的影响。
4N纯铁由于其纯度上升了一个等级，因此常用于高精度仪器的制造。例如，光学仪器和电子显微镜中的某些部件，就使用4N纯铁以确保高精度测量结果。
4N纯铁常被用来制作软磁合金，软磁合金是一类具有低矫顽力、低剩磁、高磁导率和高磁饱和强度的合金材料，主要用于在交变磁场中频繁磁化和退磁的应用场景。4N纯铁作为基材,用于制造高效变压器和电机,能够显著提升设备的磁性能，在高档的高保真音响设备和高性能计算机中的电感器和变压器，就常常使用4N纯铁。
此外，一些特殊合金也需要使用4N纯铁作为基材，以确保合金的纯净度和性能。
5N纯铁几乎不含任何杂质，因而在许多高科技和工业应用中具有重要地位。由于其生产工艺复杂，5N纯铁的价值和用途远远超过普通铁。它的制造过程也极其复杂，需要高度精密的工艺和严格的质量控制。
小规模制备5N纯铁，为了节约时间和成本，一般都是从4N铁来进行提纯，首先会将4N铁溶解在酸性氯化铁电解液。将4N铁阳极和纯铁阴极放入电解液中，通过电流使铁离子迁移并沉积在阴极上。阴极上形成的铁具有更高的纯度电解液中，通过电解过程进一步去除杂质。电解精炼可以有效去除如碳、硫、磷等杂质，提升铁的纯度。
然后会使用区域熔炼技术对经过电解精炼的铁进行进一步提纯。在加热装置中，仅加热铁棒的一小区域，使该区域熔化，然后缓慢移动熔区。熔区移动过程中会带走更多的杂质，留下更高纯度的固态铁。再将区域熔炼后的铁在真空条件下熔炼，进一步去除挥发性杂质。真空环境有助于降低氧、氮等气体杂质的含量，使铁的纯度进一步提升。经过多次重复上面的步骤，每次循环都会去除更多的杂质，使4N铁逐步接近99.999%的纯度。
5N纯铁在高端科技领域有着广泛的应用。在航空航天领域，5N纯铁因其高纯度和优异的物理性能，如高导电性和高导热性，可以确保材料的性能在极端条件下仍然稳定，成为制造这些关键部件的理想材料，这些部件包括传感器组件、磁性材料和电磁屏蔽材料等。
超导材料对纯度要求极高，微量杂质会显著降低超导转变温度和性能稳定性。5N纯铁作为超导材料的基底或添加剂，可以有效提高超导材料的质量，确保其在低温条件下展现出优异的超导性能。
此外，在化学和生物研究中，高纯度试剂的使用至关重要。5N纯铁可以用来制备高纯度的铁基化合物，用于标准溶液的配制和痕量元素分析，这些化合物在实验过程中能够提供可靠、可重复的结果，从而提高实验的精确性和可靠性，可以说这种稳定的铁基化合物是实验室的最爱。
随着科技的进步，对高纯度铁的需求不断增加。目前，纯铁的市场需求主要集中在高科技产业和科研领域。由于生产高纯度铁需要复杂的工艺和高精度的设备，因此其供应相对有限，价格也较高。主要生产纯铁的国家包括美国、日本和德国，这些国家在高科技和制造业领域具有领先地位。
未来，随着科技的不断进步和新兴技术的发展，高纯度铁的需求预计会进一步增加。例如，量子计算和先进材料科学的发展可能需要使用更高纯度的铁。此外，环保和可持续发展的要求也会推动纯铁生产工艺的改进，减少对环境的影响，提高资源利用效率。
纯铁，尤其是高纯度的3N、4N和5N纯铁，在现代科技和工业中具有不可替代的重要地位。随着科技的不断进步和新技术的出现，高纯度铁的需求将持续增长。未来，纯铁的生产和应用将会在推动科技进步和社会发展的过程中发挥更大的作用。
