Gymnázium a Střední odborná škola, Rokycany, Mládežníků 1115 Číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.0410 Číslo šablony: 23 Název materiálu: Ročník: Identifikace materiálu: Jméno autora: Předmět: Tématický celek: Výroba přechodných kovů 4. ročník RAN_52_23_vyroba_prechodnych_kovu Drahomíra Rancová Přírodovědný seminář Chemické výroby Anotace: Datum: 10.2. 2014 Doplněk k výkladu o základních typech chemických výrob kovů, opakování k maturitě
Výroba přechodných kovů
Železo Znalost Fe Doba kamenná První výroby 3 2 tis. let př. n. l. - Egypt, Mezopotámie Doba železná 750 let př.n.l. Výroba oceli průmyslová revoluce 19.st
Výroba železa v přírodě se vyskytuje poměrně hojně výjimečně v ryzím stavu Minerál Krystalochemický vzorec Skupina Max. obsah Fe (%) magnetit Fe 3 O 4 oxidy 72 hematit Fe 2 O 3 oxidy 70 limonit FeO(OH). n H 2 O oxidy 50-69 siderit FeCO 3 uhličitany 48
Výroba železa Přímá Z rudy se získá přímo ocel Nepřímá vyrobí se křehký meziprodukt - surové železo dále se zkujňuje ocel
Přímá výroba Kvalitní rudy - vysoký obsah železa a malý obsah nežádoucích příměsí Palivo - lignit, hnědé uhlí, těžké ropné oleje, dehty a zemní plyn
Nepřímá výroba převážná část současné produkce chudší rudy nejprve se praží velmi energeticky náročné vysoké pece = kuželovité šachty
Vysoká pec Obrázek č. 1
Vsázka Vsázka Ruda + palivo + struskotvorné přísady
Palivo Koks = red.č. Palivo
Struskotvorné přísady Struskotvorné přísady Vápenec nebo dolomit
Spalování uvolňuje velké množství tepla při vzniku CO 2 a CO. Výroba Fe Redukční vlastnosti má jen CO. koks se spaluje v proudu předehřátého a někdy zvlhčovaného vzduchu CO 2 zpětná transformace při reakci s koksem koks výfučna C + O 2 CO 2 C + ½ O 2 CO C + CO 2 2 CO
Redukce Fe Při teplotách nad 570 C se rozkládají oxidy železa s výjimkou FeO 3 Fe 2 O 3 + CO 2 Fe 3 O 4 + CO 2 Fe 3 O 4 + CO 3 FeO + CO 2 FeO + CO Fe + CO 2
Redukce Fe Při vyšších teplotách se rozkládá i FeO FeO + CO Fe + CO 2 FeO + C Fe + CO
Obohacování o C 3,5% C Fe
Struska Dále váže S a nezredukované oxidy Stavebnictví - cement Vysoce reaktivní CaCO 3 CaO + CO 2 Povlak na Fe, nízká hustota struska Váže Si CaSiO 3
Vysokopecní plyn Obvykle obsahuje okolo: 50-60 obj. % N 2 10-18 obj. % CO 2 22-30 obj. % CO toxický výbušný relativně malá výhřevnost 1-8 obj. % H 2 pod 1 obj. % CH 4 vzniká ho obrovské množství výroba tepla
Výroba oceli Surové železo - vysoký obsah C, Si, S, P, O, N, H Křehké Není tažné Roztavením surového železa konvertory Thomasův a Bessemerův Inovace Siemens-Martinské pece nejmodernější metodoa výroby - LD konvertory
Siemens Martinská pec Obrázek č. 2
Výroba oceli Snižování koncentrace nežádoucích látek Oxidace kyslíkem Odstraňován zejména uhlík Vznikající pevné a kapalné oxidy dalších prvků Rozpouštějí se ve strusce. C + ½ O 2 CO
Ocel 1) Měkká = uhlíková = nelegovaná (2%C) Úprava mechanických vlastností kalení (zahřátí do červeného žáru a prudké zchlazení vodou, minerálním olejem) popouštěním (zahřátí na 200-300 C a pomalé chlazení) výroba drátů, plechů, hřebíků
Ocel 2) Legovaná Oduhličení nikl, chrom, vanad, mangan, wolfram, kobalt, molybden, titan = zlepšení mechanických vlastností
Zinek ZnS 1) Suchý způsob Vysoké pece (muflové) Rafinace - frakční destilací v destilační koloně Vedlejší produkt - germanium, kadmium a indium. ZnO + C Zn + CO 2) Elektrolytický způsob vyluhování pražené zinkové rudy kyselinou sírovou ZnO + H 2 SO 4 ZnSO 4 + H 2 O
Chrom Technické účely (el. nebo Martinská pec) FeO Cr 2 O 3 + 4C 2Cr + 4CO + Fe Čistý Cr Cr 2 O 3 + 2 Al 2Cr + Al 2 O 3 2Cr 2 O 3 + 3Si 4Cr + 3SiO 2 Cr 2 O 3 + 3Ca 2Cr + 3CaO Elektrolýza H 2 CrO 4
Mangan 1) Pro technické účely Feromangan - přímá redukce bohatých kyslíkatých rud uhlíkem ve vysoké nebo obloukové peci MnO + C Mn + CO MnO 2 + C Mn + CO 2
Mangan 2) Čistý kovový mangan aluminotermie elektrolýza okyseleného MnSO 4 (aq) MnO 2 Mn 2 O 3 Mn 3 O 4 3Mn 3 O 4 + 8Al 9Mn + 4Al 2 O 3 MnSO 4 (aq) Katoda ocelový plech, anoda Pb legované Ag
Mangan 3) Chudé manganové rudy redukčně se praží v rotační peci výpražek se louhuje zředěnou kys. sírovou z výluhu se vysráží Fe, P, As, Cu, Ni, Co
Rtuť 1) Suchá cesta a) oxidační pražení cinabaritu ve vysoké peci HgS + O 2 Hg + SO 2 b) bohaté rudy - pražení bez přístupu vzduchu - redukce pomocí Fe nebo páleného vápna 4HgS + 4CaO 4Hg + 3CaS + CaSO 4 HgS + Fe Hg + FeS
Rtuť 2) Mokrá cesta rozpouštění jemně mletého cinabaritu v roztoku sulfidu sodného rtuť se v alkalickém prostředí z roztoku vysráží hliníkem HgS + Na 2 S HgS Na 2 S 3HgS Na 2 S + 8NaOH + 2Al 3Hg + 6Na 2 S + 2NaAlO 3 + 4H 2 O
Použité informační zdroje Literatura: Benešová M., Pfeiferová E., Satrapová H. Odmaturuj z chemie, 2. přepracované. vyd. BRNO: Didaktis spol. s r.o., 2014, ISBN 978-80-7358-232-6. Obrázek č. 1: Xantina. Výroba surového železa [online]. 2010 [cit. 2014-08-20]. Dostupné z: http://xantina.hyperlink.cz/vyr_zeleza.html Obrázek č. 2: Wikipedie. Wikipedie [online]. 2014 [cit. 2014-08-20]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/vysok%c3%a1_pec