Výroba surového železa a výroba oceli
Vlastnosti železa (Fe) nejrozšířenější přechodný kovový prvek druhý nejrozšířenější kov na Zemi, hojně zastoupen i ve vesmíru v přírodě minerály železa rudy: hematit (krevel) Fe 2 O 3 (nejhojněji se vyskytuje) magnetit Fe 3 O 4 (nejhodnotnější ruda obsah Fe) pyrit FeS 2 (u něj obtížné oddělení síry od železa) ilmenit FeTiO 3 magnetit [3] pyrit hematit [1] [2]
Vlastnosti železa měkké, světle šedé až bílé ferromagnetický kov v zemské kůře: 4,7 6,2 % (před ním O, Si a Al) valenční elektrony má v d-orbitalu sloučeniny Fe 2+ a Fe 3+ elementární Fe je nestálé a reaktivní, má velmi malou odolnost proti korozi Využití: [4] všestranné využití při výrobě slitin [4] významným biogenním prvkem v organismu se podílí na přenášení kyslíku k buňkám
Technické železo šedé Surové železo bílé měkká uhlíková Ocel tvrdá slitinová, legovaná
Výroba surového železa technické železo se vyrábí ve vysokých pecích redukcí rud koksem a oxidem uhelnatým za přítomnosti struskotvorných látek, za vysokých teplot [5]
Postup výroby surového železa: vysoká pec stavba vysoká 30-50m, uvnitř vyzděna žáruvzdorným materiálem (vysoké teploty, až 1800 C) - pracuje nepřetržitě několik let pec se plní shora rudou, koksem a vápencem (struskotvorná přísada) do spodníčásti pece se vhání horký vzduch obohacený kyslíkem suroviny se nejprve v peci vysuší koks je téměřčistý uhlík, při jeho spalování vzniká velké množství tepla a oxid uhelnatý, který slouží jako redukční činidlo Reakce: C + O 2 CO 2 CO 2 + C 2 CO
Schéma vysoké pece: oxid uhelnatý i koks redukují oxidy železa na železo FeO + C Fe + CO [6] ve spodní části pece se vzniklé železo roztaví a rozpouští v sobě uhlík Fe se hromadí na dnu pece, proti oxidaci je chráněno vrstvou strusky
Vypouštění tavené suroviny z vysoké pece: železo i struska se vypouští ve spodní části pece vypouštění se provádí každé dvě hodiny a nazývá se ODPICH Složení surového železa: ve vysoké peci vzniká surové železo litina litina obsahuje jako příměs 4-5% uhlíku, Si, S, P tyto příměsi způsobují, že je litina tvrdá, ale křehká (snadno se láme) litina se zpracovává odléváním do forem použití: radiátory, součástky strojů, kotle, nádobí
Výroba oceli (zkujňování železa): založena na snižování obsahu C, Si a dalších prvků v konvertorech se k surovému roztavenému železu vhání vzduch kyslík má schopnost oxidovat příměsové prvky, ty pak unikají ve formě oxidů nebo se vážou na vyzdívku v peci Probíhají reakce: C + O 2 2 CO C + O 2 CO 2 S + O 2 SO 2 P 4 + 5O 2 2 P 2 O 5 Si + O 2 SiO 2 nebo se příměsové prvky odstraní přídavkem rudy a železného šrotu (v plamenových pecích)
Vlastnosti oceli: vlastnosti ocelí se dají výrazně zlepšit přídavkem i malých množství přísadových kovů - titanu, vanadu, chromu, manganu, kobaltu, niklu, molybdenu nebo wolframu vzniká legovaná ocel vynikající mechanické vlastnosti vynikající odolnost proti korozi na vlastnosti oceli má vliv i mechanické opracování: kování, válcování a tepelné zpracování: kalení, popouštění, nitridování, cementování
Otázky k opakování: 1)Jaké minerály obsahují železo? Které z nich jsou významné pro výrobu surového železa? a) b).c).. 2) Napište fáze výroby surového železa. a).. b).. c).. d). 3) Vysvětlete pojmy: struska..ocel litina legovaná ocel..
Zdroje informací: Obrázky: Použité zdroje: <http://www.zschemie.euweb.cz/zelezo/zelezo3.html> [cit 30.9. 2012] http://www.oskole.sk/?id_cat=53&clanok=5046 Banýr J., Beneš P. a kol.,: Chemie pro střední školy. SPN, a.s., Praha 2001 Blažek J., Fabini J.,: Chemie pro studijní obory SOŠ a SOU nechemického zaměření. SPN, n.p., Praha 1984 [1] Magnetite Rob Lavinsky Lavinsky [online]. 2010-05-28 [cit. 2012-09-30]. Dostupný pod licencí Creative Commons - Uveďte autora-zachovejte licenci 3.0 <http://commons.wikipedia.org/wiki/file:magnetite-usa30b.jpg?uselang=cs> [2] Šupinkovitý hematit Helix84 Helix84[online]. 2005-05-24 [cit. 2012-09-30]. Dostupný pod licencí Creative Commons - Uveďte autora-zachovejte licenci 3.0 <http://commons.wikipedia.org/wiki/file:mineraly.sk_-_hematit.jpg>
[3] Volné dílo celosvětově <http://commons.wikipedia.org/wiki/file:pyrit_3.jpg> [cit 30.9. 2012] [4] Pure iron chips Alchemist-hp Alchemist-hp[online]. 2010-04-24 [cit. 2012-09-30]. Dostupný pod licencí Creative Commons - Uveďte autora-zachovejte licenci 3.0 <http://commons.wikimedia.org/wiki/file:iron_electrolytic_and_ 1cm3_cube.jpg> [5] Šikmý zavážecí výtah Maxim Maxim[online]. 2006-01-29 [cit. 2012-09-30]. Dostupný pod licencí Creative Commons - Uveďte autora-zachovejte licenci 3.0 <http://cs.wikipedia.org/wiki/soubor:schrägaufzug.jpg> [6] Volné dílo celosvětově <http://cs.wikipedia.org/wiki/soubor:schema_kopie.jpg> [cit 30.9. 2012]