a) Quặng sắt: quặng sắt dùng sản xuất gang phải chứa ít nhất 30% sắt trở lên, khơng chứa hoặc chứa rất ít lưu huỳnh, photpho.
b) Than cốc: than cốc khơng cĩ trong tự nhiên. Điều chế nĩ từ than mỡ hoặc cĩ thể từ than gầy. Than cốc cĩ vai trị cung cấp nhiệt khi cháy, tạo chất khử là CO và tạo gang.
c) Chất chảy: tùy theo tính chất của liệu nạp lị người ta dùng chất chảy khác nhau. Nếu liệu lẫn oxit axit SiO2, chất chảy là CaCO3. Ngược lại liệu cĩ oxit bazơ CaO (dưới dạng CaCO3), chất chảy là SiO2. Chất chảy kết hợp với oxit khĩ nĩng chảy (CaO hoặc SiO2) trong quặng tạo muối silicat dễ nĩng chảy , cĩ tỉ khối nhỏ (d = 2,5), nổi trên gang, gọi là xỉ:
145
d) Khơng khí : khơng khí đốt cháy than cốc, tạo chất khử là CO và tạo nhiệt độ cao cần thiết đế các phản ứng hĩa học cĩ thể xảy ra. Do vậy, khơng khí đưa vào lị cao càng giàu oxi, càng nĩng càng tốt. Người ta nạp liệu vào lị cao thành từng lớp xen kẽ nhau: lớp than cốc, lớp quặng (và chất chảy).
2. Nguyên tắc sản xuất gang
Khử sắt trong oxit bằng CO ở nhiệt độ cao (phương pháp nhiệt luyện). Trong lị cao, sắt cĩ số oxi hĩa cao bị khử dần dần đến sắt cĩ số oxi hĩa thấp hơn, theo sơ đồ:
3. những phản ứng hĩa học xảy ra trong quá trình sản xuất gang
a) Phản ứng tạo chất khử CO: Khơng khí nĩng được nén vào lị cao ở phần trên của nồi lị, đốt cháy hồn tồn than cốc: C + O2 = CO2 + Q Khí CO2 đi lên trên, gặp lớp than cốc, bị khử thành CO: CO2 + C = 2CO - Q
b) CO khử sắt trong oxit sắt: các phản ứng khử sắt trong oxit sắt được thực hiện trong thân lị, nơi cĩ nhiệt độ từ 400 đến 1200oC. Các phản ứng hĩa học xảy ra theo trình tự sau (hình 29)
146
- Phần trên thân lị cĩ nhiệt độ khoảng 400oC: 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4
- Phần giữa của thân lị cĩ nhiệt độ từ 500 - 600oC: Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2
- Phần dưới thân lị cĩ nhiệt độ từ 700 - 800oC: FeO + CO = Fe + CO2
Ở đây cũng xảy ra phản ứng phân hủy CaCO3 thành CaO và phản ứng tạo xỉ CaSiO3.
147
Ghi chú: Lị cao hiện đại cĩ thể tích 2000m3, 1 ngày đêm tiêu thụ chừng 7000 tấn quặng thiêu kết và 2000 tấn than cốc, thu được
khoảng 4000 tấn gang. Như vậy, mỗi phút lị cao này luyện được 2,5 tấn gang.
Khơng khí trước khi nén vào lị cao đã được sấy nĩng trong các lị vớt nhiệt. Nguyên tắc hoạt động của lị vớt nhiệt là: khí thốt ra từ miệng lị cao cĩ nhiệt độ 200oC, chứa 25% CO (theo thể tích) được dẫn vào lị vớt nhiệt, đốt nĩng đỏ những chồng gạch đến 1000oC. Sau đĩ, khơng khí được nén vào lị vớt nhiệt và được sấy nĩng đến 800 - 900oC rồi đi vào lị cao.
Ứng với 1 lị cao cĩ nhiều lị vớt nhiệt làm việc xen kẽ nhau: lị naỳ được đốt nĩng, lị kia sấy khơng khí trước khi vào lị cao.
BÀI TẬP
1. Hãy cho biết tên và thành phần 1 số quặng sắt thường gặp trong tự nhiên.
2. Hãy giới thiệu 1 số nguyên liệu chính dùng sản xuất gang và phân tích vai trị của những nguyên liệu này.
3.Nguyên tắc sản xuất gang là gì?
4. Trình bày những phản ứng hĩa học khử sắt trong Fe2O3 thành Fe trong lị cao. Những phản ứng này xảy ra trong bộ phận nào của lị cao? Tại sao những phản ứng lại xảy ra theo từng giai đoạn?
5. Cần bao nhiêu tấn quặng manhetit chứa 80% Fe3O4 để cĩ thể luyện được 800 tấn gang cĩ hàm lượng sắt là 95%. Biết rằng trong quá trình sản xuất , lượng sắt bị hao hụt là 1%.
6. Khử hồn tồn 16g bột oxit sắt nguyên chất bằng CO ở nhiệt độ cao. Sau khi phản ứng kết thúc, khối lượng chất rắn giảm 4,8%.
a) Hãy cho biết cơng thức hĩa học của oxit sắt đã dùng
b) Chất khí sinh ra sau phản ứng được dẫn vào bình đựng dung dịch NaOH dư. Hãy cho biết khối lượng của bình thay đổi như thế nào? c) Hãy cho biết thể tích khí CO (đktc) cần dùng cho phản ứng trên là bao nhiêu?
7. Khử 9,6g 1 hỗn hợp gồm sắt (III) oxit và sắt (II) oxit bằng khí hiđro ở nhiệt độ cao, người ta được sắt và 2,88g nước.
a) Hãy xác định thành phần % của 2 oxit trong hỗn hợp (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
b) Khối lượng hiđro cần thiết cho sự khử này là bao nhiêu gam? c) Tính thể tích khí hiđro cần dùng, đo ở 17oC và 725 mmHg. 148
BÀI 5 - SẢN XUẤT THÉP