M O+ 2H+ O+ → 2+ +H2O
CrO2 450 0C Cr 2 O
12.5.1. Điều chế Fe
Sắt được sử dụng trong thực tế không phải dạng nguyên chất mà là hợp kim của sắt với cacbon và các chất phụ gia khác.
12.5.1.1. Luyện gang
Gang là hợp kim của sắt chứa 1,7-5% C, gang cứng và dòn
Gang được luyện trong lò cao bằng cách khử oxi của quặng sắt. Lò cao có vỏ bằng thép, bên trong lót gạch chịu lửa, cao khoảng 30m. Phối liệu được nạp qua miếng lò theo lớp: quặng sắt, than cốc và chất chảy (đá vôi hoặc cát).
Thổi không khí nóng (600-8000C) vào phía dưới bụng lò, than cốc cháy và nâng nhiệt độ lên 1800-19000C:
C + O2 CO2 CO2 + C 2CO CO2 + C 2CO
CO khử Fe2O3 đến Fe3O4 rồi đến FeO ở khoảng 5000C: 3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO 3FeO + CO2 và FeO bị CO khử ở 10000C:
FeO + CO Fe + CO2
Sắt di chuyển xuống dưới bụng lò, tác dụng với C và CO ở nhiệt độ cao tạo xementit: 3Fe + C Fe3C
3Fe + 2CO Fe3C + CO2 Xementit và C tan trong Fe tạo nên gang có t0
nc~12000C
Ở khoảng 10000C, chất chảy tác dụng với các tạp chất tạo nên xỉ nổi lên trên lớp gang lỏng. CaCO3 CaO + CO2
CaO + SiO2 CaSiO3
12.5.1.2. Luyện thép
Thép là hợp kim của sắt có chứa 0,2 - 1,7%C, dưới 0,8% S, P và Mn và dưới 0,5% Si. Thép cứng nhưng dẻo hơn gang.
Từ gang, loại C dư, các tạp chất S, P, Mn... bằng cách chuyển chúng thành oxit, sẽ thu được thép.
Đốt gang nóng chảy với không khí (hay oxi): Si + O2 SiO2 C + O2 CO2 2Mn + O2 2MnO Một phần Fe bị oxi hóa: 2Fe + O2 C t0 FeO
Các phản ứng tỏa nhiệt làm nhiệt độ lò tăng cao (16000C) FeO + SiO2 FeSiO3
MnO + SiO2 MnSiO3
FeSiO3 và MnSiO3 nổi lên trên bề mặt thép lỏng và được tháo ra ngoài (xỉ).
12.5.1.3. Sắt
Sắt nguyên chất có thể được điều chế bằng các phương pháp sau:
Khử oxi của oxit:
Fe2O3 + 3H2 C t0 Fe + 3H2O Nhiệt phân: Fe(CO)5 C t0 Fe + 5CO
Điện phân dung dịch muối sắt. 12.5.2. Điều chế Co
Co được điều chế bằng phương pháp khử oxi của oxit Co3O4 được chế hóa từ quặng cobantin CoAsS
Co3O4 + 4C C 0 1000 900 3Co + 4CO Co3O4 + 4CO C 0 900 300 3Co + 4CO2 12.5.3. Điều chế Ni
Ni được điều chế bằng cách nhiệt phân Ni(CO)4 được chế hóa từ quặng nghèo chứa sunfua của đồng vị niken Ni(CO)4 C 0 200 Ni + 4CO