PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU MÔI TRƯỜNG NƯỚC THẢI

PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU MÔI TRƯỜNG NƯỚC THẢIPHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU MÔI TRƯỜNG NƯỚC THẢI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

HÓA VÔ CƠ

ĐỀ TÀI: PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT SẮT_GANG_THÉP

Người thực hiện: Phan Văn Vĩnh

Mã số sinh viên: 10046061

Lớp: dhpt6

Lớp học phần: 210406001

Giáo viên hướng dẫn: Ts.Đặng Kim Triết

MỤC LỤC

1 LỜI MỞ ĐẦU 6.

2 NỘI DUNG ĐỀ TÀI

2.1 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH KIM LOẠI SẮT-GANG –THÉP 7.

2.2 THÀNH PHẦN HỢP KIM CỦA SẮT 9.

2.3 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT SẮT-GANG-THÉP 9.

2.4 QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT SẮT-GANG-THÉP

2.4.1 SẢN XUẤT GANG-THÉP: LÒ LUỆN GANG 10.

2.4.2 SẢN XUẤT SẮT-THÉP: LÒ LUYỆN THÉP 13.

3 LỜI KẾT 19.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] HOÀNG NHÂM, Hóa vô cơ (2004 ), Nhà xuất bản giáo dục dục.

[2] HOÀNG NHÂM, Hóa học các nguyên tố (2004), ), NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội

[3] NGUYỄN ĐÌNH SOA, Hóa vô cơ (2005), NXB Đại học Quốc Gia Tp.HCM, Tp.HCM.

[4] Doulias PT, Christoforidis S, Brunk UT, Galaris D Endosomal and lysosomal effects of desferrioxamine: protection of HeLa cells from hydrogen peroxide-induced DNA damage and induction of cell-cycle arrest Free Radic Biol Med 2003;35:719-28.

[5] H R Schubert, History of the British Iron and Steel Industry to 1775

AD (Routledge, London, 1957)

[6] R F Tylecote, History of Metallurgy (Institute of Materials, London 1992).

[7]R F Tylecote, 'Iron in the Industrial Revolution' in J Day and R F Tylecote, The Industrial Revolution in Metals (Institute of Materials 1991), 200-60.

MỤC KÍ HIỆU

TCN: Trước công nguyên

CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM BÀI 1.

BÀI 2.

BÀI 3.

Để hòa tan 4,4 gam một oxit sắt FexOy cần 57.91ml HCl 10% (d=1.04g/ ml).Oxit sắt đã dung là:

BÀI 4.

Từ một tấn quặng hematite (A)

Điều chế dược 420kg sắt từ 1 tấn quạng hematite (B) điều chế được 504kg sắt.phải trộn 2 quặng trên với tỷ lệ về khối lượng là bao nhiêu để được một tấn quạng hỗn hợp mà từ một tấn quặng hỗn hợp này điều chế được 480 kg sắt.

BÀI 5.

A là quạng hematite chưa 60% Fe2O3.

B là quặng manhetit chứa 69.6% Fe3O4.

Cần trộn quặng A và B như thế nào để được quặng D,biết rằng 1 tấn quặng D có thể điều chế được 0.5 tấn quặng chứa 4% C.

1.LỜI MỞ ĐẦU

Cuộc sống phát triển nhộn nhịp,hoà nhập của thế giới đòi hỏi các thiết bị,mặt hàng càng đa dạng hóa, phong phú để phục vụ cuộc sống con người Vói sự ra đời và phát triển tư đời xưa, kim loại sắt đã ngày càng chứng tỏ vai trò và ứng dụng hữu ích của mình Sắt kim loại đã được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống như: làm công cụ lao động từ đời xưa; chế tạo các loại xe; xây dựng nhà cửa,cầu đường; vật dụng gia đình

Ốc vít Mái che

Cầu thang sắt

Xây dựng

công trình

Xây nhà

Thời kỳ hiện đại này tôi tin chắc rằng sẽ có nhiều người chưa biết được cách sản xuất, chế tạo ra kim loại sắt hữu dụng này Vì thế với đề tài “Phương pháp sản xuất, gang, thép ” tôi mong nhiều người sẽ có hiểu biết thêm và nhìn nhận sâu sắc hơn về kim loại phổ biến này để giúp mọi người có thể ứng dụng vào sản xuất trong đời sống

2 NỘI DUNG

2.1 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH KIM LOẠI SẮT

Những dấu hiệu đầu tiên về việc sử dụng sắt là ở những người Sumeria và người

Ai Cập vào khoảng 4000 năm TCN, các đồ vật nỏ như mũi giáo và đồ trang trí, đã được

làm từ sắt lấy từ các thiên thạch Vì các thiên thạch rơi từ trên trời xuống nên một số

nhà ngôn ngữ học phỏng đoán rằng từ tiếng Anh iron, là từ có cùng nguồn gốc với

nhiều ngôn ngữ ở phía bắc và tây châu Âu, có xuất xứ từ tiếng Etruria aisar có nghĩa là

"trời"

Vào khoảng những năm 3000 đến 2000 Trước Công Nguyên (TCN), đã xuất hiện hàng loạt các đồ vật làm từ sắt nóng chảy (phân biệt rõ với sắt từ thiên thạch do thiếu niken trong sản phẩm) ở Lưỡng Hà, Anatolia và Ai Cập Tuy nhiên, việc sử dụng chúng

có lẽ là thuộc về hình thức trong tế lễ, và sắt đã là kim loại rất đắt, hơn cả vàng Trong

Illiad, các vũ khí chủ yếu làm từ đồng thau, nhưng các thỏi sắt đã được sử dụng trong buôn bán Một số nguồn cho rằng sắt được tạo ra khi đó như sản phẩm đi kèm của việc tinh chế đồng, như là những bọt sắt, và không được tái sản xuất bởi ngành luyện kim khi đó Vào khoảng năm 1600 đến 1200 TCN, sắt đã được sử dụng nhiều hơn ở Trung Cận Đông, nhưng vẫn chưa thay thế được sự thống trị của đồng thau

Trong thời kỳ từ thế kỷ 12 đến thế kỷ 10 TCN, đã có sự chuyển đổi nhanh chóng

từ công cụ, vũ khí đồng thau sang sắt ở Trung Cận Đông Yếu tố luyện sắt cao cấp hơn

mà là sự cạn kiệt của các nguồn cung cấp thiếc Thời kỳ chuyển đổi này diễn ra không đồng thời trên thế giới, là dấu hiệu cho thời kỳ văn minh mới được gọi là Thời đại đồ đá

Cùng với việc chuyển đổi từ đồng thau sang sắt là việc phát hiện ra quy trình

cacbua hóa, là quy trình bổ sung thêm cacbon vào sắt Sắt được thu lại như bọt sắt, là

hỗn hợp của sắt với xỉ với một ít cacbon và cacbua, sau đó nó được rèn và tán phẳng để giải phóng sắt khỏi xỉ cũng như ôxi hóa bớt cacbon, để tạo ra sắt non Sắt non chứa rất ít cacbon và không dễ làm cứng bằng cách làm nguội nhanh Người Trung Đông đã phát hiện ra là một số sản phẩm cứng hơn có thể được tạo ra bằng cách đốt nóng lâu sắt non với than củi trong lò, sau đó làm nguội nhanh bằng cách nhúng vào nước hay dầu Sản phẩm tạo thành có bề mặt của thép, là cứng hơn và ít gãy hơn đồng thau, là thứ đang bị thay thế dần

Ở Trung Quốc, những đồ vật bằng sắt đầu tiên được sử dụng cũng là sắt lấy từ thiên thạch, các chứng cứ khảo cổ học về các đồ vật làm từ sắt non xuất hiện ở miền

Tây Bắc, gần Xinjiang trong thế kỷ 8 TCN Các đồ vật làm từ sắt non có cùng quy trình như sắt được làm ở Trung Đông và châu Âu, và vì thế người ta cho rằng chúg được nhập khẩu bởi những người không phải là người Trung Quốc

Trong những năm muộn hơn của nhà Chu (khoảng năm 550 TCN), khả năng sản xuất sắt mới đã bắt đầu vì phát triển cao của công nghệ lò nung Sản xuất theo phương pháp lò nung không khí nóng có thể tạo ra nhiệt độ trên 1300 K, người Trung Quốc bắt đầu sản xuất gang thô và gang đúc

Nếu quặng sắt được nung với cacbon tới 1420–1470 K, một chất lỏng nóng chảy được tạo ra, là hợp kim khoảng 96,5% sắt và 3,5% cacbon Sản phẩm này cứng, có thể đúc thành các đồ phức tạp, nhưng dễ gãy, trừ khi nó được phi-cacbua hóa để loại bớt cacbon Phần chủ yếu của sản xuất sắt từ thời nhà Chu trở đi là gang đúc Sắt, tuy vậy vẫn là sản phẩm thông thường, được sử dụng bởi những người nông dân trong hàng trăm năm, và không có ảnh hưởng đáng kể đến diện mạo của Trung Quốc cho đến tận thời kỳ nhà Tần (khoảng năm 221 TCN)

Việc sản xuất gang đúc ở châu Âu bị chậm trễ do các lò nung chỉ có thể tạo ra nhiệt độ khoảng 1000 K Trong thời Trung cổ, ở Tây Âu sắt bắt đầu được làm từ bọt sắt

để trở thành sắt non Gang đúc sớm nhất ở châu Âu tìm thấy ở Thụy Điển, trong hai khu vực là Lapphyttan và Vinarhyttan, khoảng từ năm 1150 đến 1350 Có giả thuyết cho rằng việc sản xuất gang đúc là do người Mông Cổ thông qua nước Nga truyền đến các khu vực này, nhưng không có chứng cứ vững chắc cho giả thuyết này Trong bất kỳ trường hợp nào, vào cuối thế kỷ14 thì thị trường cho gang đúc bắt đầu được hình thành

do nhu cầu cao về gang đúc cho các súng thần công

Việc nung chảy sắt thời kỳ đầu tiên bằng than củi như là nguồn nhiệt và chất khử Trong thế kỷ 18, ở Anh việc cung cấp gỗ bị giảm xuống và than cốc, một nhiên liệu hóa thạch, đã được sử dụng để thay thế Cải tiến của Abraham Darby đã cung cấp năng lượng cho cuộc cách mạng công nghiệp

2.2 THÀNH PHẦN SẮT_GANG_THÉP

Trong các hợp kim của sắt đó là gang và thép,gang chiếm từ 1,7-5% C;thép chiếm

từ 0,2-1,7% C,dưới 0,8% S,P,Mn,Si dưới 0,5% Chính vì thế sản xuất gang và thép được coi như là sản xuất sắt

2.3 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT

Sắt là một trong những nguyên tố phổ biến nhất thế giới,đứng sau O, Si và Al Trữ lượng của sắt trong vỏ Trái Đất là1.5%, nó được biết đến từ cổ xưa, có lẽ nó có nguồn gốc từ vũ trụ trung bình trong 20 thiên thạch từ

không gian rơi xuống Trái Đất, có một thiên thạch

sắt Thiên thạch sắt chứa khoảng 90% Fe Thiên

thạch lớn nhất được biết đến là khoảng 60 tấn

Những khoáng vật quan trọng nhất của sắt là

manhetit Fe3O4 chứa 72% Fe , hematite đỏ Fe2O3

chứa 60%, pirit FeS2 và xederit FeCO3

Mỏ sắt Thạch Khê

Quặng pirit FeS2

Nhiều nước trên thế giới có nhiều quặng như Thụy Điển, Nga, Pháp, Tây Ban Nha,Trung Quốc, Ca Na Đa,

Cu Ba , Chile, Brazil, Nam Phi, Nước ta có mỏ manhetit và hematite ở Trại Cau (Thái Nguyên) hiện đang được khai thác Mấy năm gần đây mới phát hiện mỏ manhetit ở Thạch Khê (Hà Tĩnh)

2.4 QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT SẮT_GANG_THÉP

2.4.1 Sản xuất Gang _Sắt: Lò luyện gang

Gang được luyện trong lò cao hình 1

Lò cao có vỏ bằng thép, bên trong lót gạch chịu lửa Lò thường có chiều cao

30m, công suất trên 3000 tấn gang trên một ngày Lò cao hoạt động liên tục,

Hình1:Sơ đồ lò cao

sau 5-10 năm mới ngừng để tu sửa

Qua phễu hình nón ở phía trên của thân lò, phối liệu được nạp vào thân lò theo lớp:quặng sắt, than cốc và chất chảy Quặng sắt là các khoáng vật oxit của sắt được đập

vỡ thành cục Chất chảy có thể là đá vôi nếu tong quặng sắt có nhiều cát và alumoilicat hoặc là cát nếu trong quặng có nhiều đá vôi.Than cóc vừa là nhiên liệu vừa là chất khử, vừa là chất tạo gang

Khi thổi không khí nóng 600-800oC vào lò cao qua ống gió nằm ở phía dưới bụng

lò, than cốc cháy tạo thành CO2, phát nhiệt nhiều và nâng nhiệt độ ở đó lên tới

800-19000C:

C + O2 = CO2 Khí CO2 bay lên tác dụng với than cốc tạo nên khí CO:

CO2 + C =2CO Phía trên của thân lò có nhiệt độ vào khoảng 5000C, tại đây khí CO khử Fe2O3đến Fe3O4 rồi FeO.Ở khoảng 1000oC FeO bị CO khử xuống Fe:

3 Fe2O3 + CO =2 Fe3O4 + CO2 Fe3O4 +CO =3FeO + CO2 FeO +CO =Fe + CO2 Sắt di chuyển xuốn phía dưới của miệng lò, tác dụng với C và CO ở nhiệt độ cao tạo xêmntit:

3Fe + C = Fe3C 3Fe + 2CO = Fe3C + CO2 Xemntit và cacbon tan trong sắt tạo nên gang có nhiệt độ nóng chảy gần 1200oC, thấp hơn nhiệt độ nóng chảy gần 1550 oC của sắ Trong nhiên liệu có các tạp chất là oxit của Silic, Mangan, Photpho nên các oxit đó cùng bị khử cừng với oxit của sắt

Ở khoảng 1000 oC, chất cảy tác dụng với các tạp chất của nguyên liệu tạo nên xỉ là chất tương đối dễ nóng chảy (gần 1300 oC ):

CaCO3 =CaO +CO2 CaO +SiO2 =CaSiO3

Xỉ lò cao nhẹ hơn gang, tập trung ở dáy lò và nổi lên trên lớp gng lỏng Tuần hoàn tháo xỉ ra theo cửa trên của đáy lòvà tháo gang ra theo cửa dưới Mỗi ngày, gang được tháo ra 4 lần (cách nhu 6 giờ) và dòng gang lỏng tháo ra có nhiệt độ gần 1500 oC

Hình 2: Sơ đồ của lò cao và tháp trao đổi nhiệt

Khí lò cao thoát ra ở phí trên của thân lò, chứa khoảng 30%CO, 2-3% H2 và CH4 được chuyển qua hệ thống lọc bụivà tháp trao đổi nhiệt (hình 2).tại tháp trao đổi nhiệt, khí lò cao được đốt cháy trong buồng đốt rồi đi lên vòm tháp Phản ứng cháy thoát ra nhiều nhiệt Những sản phẩm khí của phản ứng cháy và nhgững khí không bị đốt cháy đều mang một lượng nhiệt lớn,từ vòm tháp đi xuống xuyên qua khe hở giữa các đệm làm bằng gạch chịu lửa xếp chồng lên nhau ở trong tháp, đốt nóng các đệm đó và cuối cùng được xả ngoài qua ống khói Sau 2-3 giờ, các đệm đã được đốt đủ nóng, ngừng không cho khí lò cao vào tháp mà cho luồng không khí nguội đi vào tháp theo chiều ngược lại: đi lên vòm tháp, xuyên qua khe hở giữa các đệm đã đốt nóng và đi vào lò cao Bởi vậy phục vụ cho lò cao có hai tháp trao đổi nhiệt khi đang đốt khí trong lò caoở không khí này thì thổi khong khí nguội vào tháp kia để được đốt nóng

Sản xuất gang bằng lò cao

2.4.2 Sản xuất Thép_Sắt:Lò luyện thép

Luyện thép là qúa trình loại bỏ lượng dư các tạp chất C,S,P,Si,Mn có trong gang Muốn vậy người ta oxi hóa các tạp chất đó thành các oxit, những oxit ở trạng thái khí như CO và CO2 bay ra ngoài, còn những oxit trang thái rắn biến thành xỉ và nổi lên trên lớp thép lỏng Những phương pháp luyện thép chính là phương pháp Bexeme, phương pháp Tomat, phương pháp Mactanh và phương pháp bazơ-oxy

.Phương pháp Bexeme(1855) Người ta luyện thép trong lò thổi có hình quả lê(Hình 3)

Hình 3: Sơ đồ của Lò thổi Bexeme

Vỏ ngoài bằng thép, bên trong lót gạch chịu lửa đinat, đáy lò có một số cửa để thổi không khí nén(áp suât 4-5 atm) Gang lổng ở lò cao được chuyển thẳng vào lò thổi Không khí thổi vào gang lỏng đốt cháy những tạp chất có trong gang:

Si + O2 = SiO2 2Mn + O2 = 2MnO

C + O2 = CO2

và oxi hóa một phần sắt:

2Fe + O2 = 2FeO Những phản ứng này phát nhiệt nhiều làm cho nhiệt độ trong lò thổi lên đến

16000C và toàn bộ chất trong lò đều ở trạng thái lỏng Silic đioxit được tạo nên từ trong Silic có trong gsang và SiO có trong lớp lót lò Tác dụng với MnO và FeO tạo thành xỉ:

FeO + SiO2 = FeSiO3 MnO + SiO2 = MnSiO3

Xỉ lỏng nổi trên lớp thép lỏng được trút ra trước thép khi quay nghiêng lò thổi

Quá trình luyện gang thành thép xảy ra nhanh ở trong lò thổi, chỉ trong 15-20 phút, nên không cho phép điều chỉnh thành phần của thép Nhược điểm của phương pháp này là không được loại thép từ loại gang chứa nhiều P

Phương pháp Tomat(1878) Phương pháp này khắc phục được nhược điển của phương pháp Bexeme và cho phép luyện thép từ gang chứa đến 2% P Phương pháp này cũng dùng không khí nén thổi vào gang lỏng ở trong lò thổi giống như phương pháp Bexeme nhưng lớp lót của lò thổi được làm bằng gạch chụi lửa chứa MgO hay hỗn hợp MgO và CaO Lớp lót này cho phép loại lỏ P

4P + 5O2 = P4O10 P4O10 + 6CaO = 2Ca3(PO4)2 Phương pháp Tomat cũng như phương pháp Bexeme không loại bỏ được S là tạp chất có hại trong gang Bởi vậy, cả 2 phương pháp được dùng để luyện thép từ gang chứa không quá 0,05%S

Phương pháp Mactanh(1860).khác với 2 phương pháp trên chất oxi hóa không chỉ

là oxy của không khí được thổi vào lò mà Sắt (III) oxit của quặng sắt và sắt vụn cho thêm vào cùng với gang Quá trình luyện thép được thực hiện trong lò Mactanh(Hình 4)

Hình 4:Sơ đồ của lò Mactanh

Lò được xây bằng gạch chụi lửa, vòm lò à thành lò được lót gạch đinat, còn đáy lò lát gạch chịu lửa chứa nhiều SiO2 hay MgO và CaO tùy theo thành phần của phối liệu nạp vào lò Nhiệt độ của lò đạt đến 18000C Mỗi khí này trước khi đưa vào lò đều được đốt nóng ở 1100-12000C trong các bồn trao đổi nhiệt nằm phía dưới của lò Ngọn lửa của lò luôn luôn tiếp xúc với bề mặt của phối liệu nóng chảy Khí nóng từ lò đi ra được

đi ra bồn tao đổi nhiệt để đốt nóng các đệm bằng gạch chụi lửa rồi những đệm nóng này lại đốt nóng không khí và khí đốt trước khi đưa vào lò

Những phản ứng hóa học xảy ra trong lò lửa ngọn không khác với lò thổi nhưng quá trình luyện thép kéo dài khoảng 6-8giờ Nhờ thời gian kéo dài như vậy người ta có thể phân tích được sản phẩm hồ quang có nhiệt độ hơn 30000C Lò điện nhỏ và gọn hơn Mỗi mẻ sản xuất 50tấn thép

Phương pháp bazơ-oxi (1953)

Hình 4:Sơ đồ lò thổi của phương pháp Bazơ-oxi

Phương pháp này hiện đại hơn được sử dụng nhiều nơi trên thế giới Phương pháp nay được cải tiến từ phương pháp Bexeme :dùng lò thổi có công suất lớn hơn và thổi khí oxi tinh khiết có áp suất 10 atm.Phối liệu nạp vào lò thổi là gang lỏngvà sát vụn.Qua một ống dẫn được làm lạnh ở ngoài bằng nướcvà đưa xuyên qua miệng lò thổitới gần phối liệu(hình 4) người ta thổi đồng thờibột CaOvà khí O2 vào lò.Dòng CaO và O2 đó với tốc độ lớn có thể di tới đáylò và khuấy trộn mạnh lớp phối liệu lỏng ở trong lò Tạp chất trong phối được oxi hóa thành oxit, rồi oxit tác dụng với CaO tạo thành xỉ.Nhờ nhiẹt của phản ứng oxi hóa tạp chất,các chất ở trong lò vẫn giữ ở trạng thái lỏng.Sau 40 phút kéo ống đẫn khí ra khỏi lò và nghiêng lò đổ xỉ ra trước, thép ra sau

Phương pháp bazơ-oxi: được sử dụng chủ yếu để sản xuất thép Cacbon, trong 40-45phút lò thổi sản xuất được 300-350 tấn thép

20 năm gần đây do than cốc ngày càng thiếu trong khi nhu cầu về sắt thép ngày càng tăng, các nhà luyện kim đã tìm nhiều cách khác nhau để điều chế sắt trực tiếp từ quặng không qua lò cao Trên thê giới đã xuất hiện nhiều nhà máy sản xuất “sắt xốp” trực tiếp

từ quặng sắt Người ta đem quặng sắt đã nghiền và tuyển thiêu với một lượng nhỏ than cốc ở trong lò quay lớn Sau đó dùng những chất khử như khí thiên nhiên (mêtan) hay khí than nước khử quặng thiêu kết đó thành sắt xốp