Transcript zelezo

Železo
Výroba
železa a oceli
Suroviny
Železná ruda (je tvořena převážně
kyslíkatými sloučeninami železa):

Fe2O3 – krevel (hematit)

Fe3O4 – magnetovec (magnetit)

Fe2O3 . nH2O – hnědel (limonit)

FeS2 – pyrit
Vysoušení surovin:
Fe2O3 . nH2O → Fe2O3 + nH2O
Železná ruda
Suroviny

Koks (z černého uhlí) - je to téměř čistý uhlík a
slouží k redukci oxidů železa

Vápenec CaCO3 – napomáhá utvoření tzv.
strusky z hornin, které doprovázejí železnou
rudu.

Doprovodné horniny železné rudy se nazývají
hlušina a z větší části se před navážkou do
vysoké pece odstraňují.
Vysoká pec
Až 40m vysoká,
 15m široká šachtová
pec
 z oceli
 uvnitř je vyzděna
ohnivzdornými cihlami
 Pracuje nepřetržitě
až 10 let.
 Ostravsko (vysoké pece v Třineckých železárnách
a v ostravské Nové huti), dříve Kladensko

ruda, koks, struskotvorné přísady
Vysoká
pec
odcházející
kychtové plyny
kychta
200 °C
400 °C
900 °C
šachta
Rozpora
1400 °C
nístěj
1600 °C
Zarážka
2000 °C
http://www.bbc.co.uk/history/interactive/animations/blast_furnace/i
ndex_embed.shtml
Reakce, které probíhají ve
vysoké peci
Spalování koksu:
C + O2 → CO2
CO2 + C → 2 CO
+393 kJ/mol
- 172 kJ/mol
Redukce železa (nepřímá redukce):
3 Fe2O3 + CO → 2 Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + 4 CO → 3 Fe + 4 CO2
FeO + CO → Fe + CO2
Redukce železa (přímá redukce):
Fe2O3 + 3 C → 2 Fe + 3 CO
Fe3O4 + 4 C → 3 Fe + 4 CO
FeO + C → Fe + CO
Kychtové plyny
 Oxid
uhelnatý (25 – 30 %)
 Oxid uhličitý (8 – 12 %)
 Vodík (1,5 – 4 %)
 Methan (0,2 – 0,4 %)
 Dusík (58 – 60 %)
k
vytápění předehřívačů vzduchu
 zbytek se používá v ocelárnách
Surové železo
 Obsahuje
příměsi:
asi 4% C (jako grafit a karbid triželeza Fe3C)
 dále hlavně Mn, Si, P, S.

 Je
velmi tvrdé, ale křehké; není pružné ani
kujné
 Odlévá
se do forem (litina) a vyrábějí se z
něj části strojů, potrubí, dříve topná tělesa;
ale většina (cca 60%) se dále upravuje na
ocel.

Největší část vzniká přímou redukcí
Struska

vzniká při redukci rudy reakcí hlušiny se
struskotvornými přísadami
 chemické
složení CaSiO3
 chrání
povrch roztaveného železa před
oxidací horkým vzduchem, nemísí se s ním
 používá
tvárnice
se ve stavebnictví – cement,
Vypouštění (tzv. odpich) surového
železa a strusky ze spodní části vysoké
pece se provádí vždy po čtyřech až
šesti hodinách.
Odpich železa
Výroba oceli
 Pro
zlepšení vlastností surového železa
se provádí v ocelárnách tzv.
zkujňování (odstraňování většiny
příměsí uhlíku (na 1,7 – 0,2 %) a dalších
prvků).
 Základní
způsoby výroby oceli:
a) v konvertorech,
b) v Martinských pecích,
c) v elektrických pecích.
Konvertor pro výrobu oceli
- nejnižší kvalita, nejlevnější; nástrojové oceli
- odstranění uhlíku vzdušným kyslíkem
surové železo
(1200 °C)
přívod
vzduchu
spalování Si, Mn, Fe
(propal), C
30 min
Siemens-Martinská pec (nístějová)
- kvalitní ocel
4 - vsádka – surové železo, šrot, vápenec
Elektrická pec (oblouková, indukční)
- nejkvalitnější ocel, drahé
Ocel

Podíl uhlíku je maximálně 1,7%.

Čím více uhlíku ocel obsahuje, tím je tvrdší.

Vlastnosti oceli se vylepšují také přidáním
malých množství některých dalších kovů
(chromu, niklu, vanadu, wolframu aj.).
Další úpravy oceli
Legování (výroba ušlechtilé oceli)
 Přídavek kovů pro zlepšení vlastností





Nerezová ocel – Cr, Ni, Mo
Pancéřová ocel – Mn
Magnetická ocel – Al, Co, Ni
Pružinová ocel – Cr
Karoserie aut - V
Další úpravy oceli
Kalení
 Rychlé chlazení –velmi tvrdá, odolná, pružná,
ale křehká ocel – nástroje, ocelové
konstrukce
Popouštění
 Pomalé chlazení – tvrdá, méně pružná,
snadno ohybatelná ocel – nástroje, strojní
součásti
Druhy ocelí
prvek
podíl
využití
Chromová ocel
Cr
2%
řezací nástroje, ložiska
Niklová ocel
Ni
5%
namáhané součástky automobilů
Wolframová ocel
W
5%
řezací nástroje
Chromniklová ocel
Kobaltová ocel
Křemíková ocel
20% Cr + 8% Ni
Co
nerezavějící konstrukční materiály
magnety
mostní konstrukce
Vlastnosti
železa
Čisté železo

měkký, kujný kov stříbřité barvy

taje při teplotě 1535°C
Čisté železo

tři alotropické modifikace (liší se krystalovou
strukturou), závislé na teplotě:
α Fe
γ Fe
968 °C

δ Fe
1401 °C
do teploty 768 °C feromagnetické
Chemické vlastnosti
neušlechtilý kov
(se zředěnými kyselinami reaguje za vývoje
vodíku)


hydroxidy na něj nepůsobí

slučování s nekovy (kyslík, síra, chlor) – koroze

stabilní oxidační čísla II, III
Koroze železa
souhrnná rovnice:
4 Fe + 3 O2 + 2x H2O  2 Fe2O3 . x H2O

rez

elektrochemický děj => může probíhat
velmi dlouhou dobu téměř konstantní
rychlostí

ochrana vhodnými nátěry (Cr, Ni, Zn, aj.)
Sloučeniny
železa
Železnaté sloučeniny

FeO
- na vzduchu se oxiduje na Fe2O3

FeSO4 . 7H2O – zelená skalice
-
bezvodý je bílý
Fe + H2SO4 + 7 H2O  FeSO4 . 7 H2O + H2

(NH4)2Fe(SO4)2 ∙ 6H2O – Mohrova sůl
- v analytické chemii
Železité
sloučeniny

Fe2O3 – v přírodě jako krevel
-
pigment
rozkladem zelené skalice
-

Fe3O4 (magnetit)
- vzniká působením vodní páry na rozžhavené
železo
Komplexní
sloučeniny
V oxidačním stavu II i III tvoří železo velké
množství rozmanitých komplexních sloučenin:
Krevní soli
FeIII:
K3[Fe(CN)6] . 3 H2O
červená krevní sůl
FeII:
K4[Fe(CN)6] . 3 H2O
žlutá krevní sůl
Thurnbullova a Berlínská modř
-
-
pravděpodobně shodná struktura
dříve jako pigmenty při výrobě inkoustů a
nátěrových hmot
vznik:
Thurnbullova modř:
Fe2+3[Fe3+(CN)6]3-2
Berlínská modř:
Fe3+4[Fe2+(CN)6]4-3