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