Доменний процес – МЕТАЛИ ПОБІЧНИХ ПІДГРУП
ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ
Частина II. НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ
Розділ 14. МЕТАЛИ ПОБІЧНИХ ПІДГРУП
§ 14.8. Доменний процес
Добування заліза з руд грунтується на відновленні його оксидів оксидом карбону(ІІ) та вугіллям (коксом). При цьому утворюється не чисте залізо, а сплав його з вугіллям та іншими домішками (кремнієм, марганцем, сіркою, фосфором). Цей сплав називається чавуном (див. § 14.9).
Виплавку чавуну здійснюють у доменних печах, або домнах. Це складна споруда об’ємом 5 000 м3 і заввишки до 80 м з внутрішньою
Схему доменного процесу та його хімізм зображено на рис. 14.1.
Вихідні матеріали: шихта – руда, що містить оксид феруму, а також кокс, флюси (плавні). Кокс є джерелом теплоти, а також використовується для добування відновника-оксиду карбону(ІІ). Флюси перетворюють пусту породу на легкоплавкі сполуки – шлаки.
Домну завантажують через колошник вихідними матеріалами (пошарово). Горіння і необхідна
У верхній частині горна, де температура досягає 1 850°С, відбувається інтенсивне згоряння коксу в струмені повітря, яке вдувається, нагрітого до 600-800°С:
С + O2 = СО2.
Рис. 14.1. Хімізм доменного процесу
Оксид карбону(IV), проходячи крізь розжарений кокс, перетворюється на оксид карбону(ІІ):
СО2 + С = 2СО.
Оксид карбону(ІІ) поступово відновлює руду. При температурі 450-500°С з оксиду феруму(ІІІ) Fe2O3 утворюється оксид феруму(ІІ, III) Fe3O4:
ЗFе2О3 + CO = 2Fe3O4 + CO2.
При 600°C Fe3O4 відновлюється до оксиду феруму(ІІ):
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2,
А при температурі близько 700°C оксид заліза(ІІ) відновлюється до вільного металу:
FeO + CO = Fe + СО2.
Разом з оксидом вуглецю(ІІ) при високих температурах у відновленні оксидів феруму використовують вугілля (кокс): FeO + С = Fe + CO.
Відновлення заліза з руди закінчується приблизно при 1100°С. При цій температурі частково відновлюються кремній, марганець і фосфор з їх сполук, які містяться в руді у вигляді домішок. Ці процеси можна виразити рівняннями:
SiO2 + 2С = Si + 2СО; МnО + С = Мn + СО;
Са3(РO4)2 + 5С = 2Р + ЗСаО + 5СО.
Сірка, що міститься у вихідних матеріалах у вигляді сполук (CaSO4, FeS та інші), частково перетворюється на сульфід феруму FeS, добре розчинний у чавуні.
Відновлене залізо поступово опускається вниз і, контактуючи з розжареним коксом і оксидом карбону(ІІ), утворює карбід феруму (цементит):
3Fe + С = Fe3C;
3Fe+ 2СО = Fe3C +СО2.
При цьому температура плавлення навуглецьованого заліза знижується до 1 200°С. Розплавлене залізо розчиняє у собі вуглець, цементит, кремній, марганець, фосфор, сірку і утворює рідкий чавун.
Пуста порода, що міститься у руді, складається в основному з кремнезему та інших оксидів. Для її видалення до вихідних матеріалів додають флюси – найчастіше вапняк СаСО3. При високій температурі вапняк розкладається:
СаСО3 = СаО + СО2.
Оксид кальцію взаємодіє з речовинами пустої породи, утворюючи шлаки – головним чином силікати та алюмосилікати кальцію.
Рідкі чавун і шлак стікають у горно, причому шлак, як легший, збирається над чавуном, захищаючи його від дії кисню. Чавун і шлак випускають крізь отвори, розташовані на різних рівнях (див. рис. 14.1).
Газ, що виходить з домни, називають колошниковим, або доменним. Він містить до 30 % оксиду карбону(ІІ), азот, оксид карбону(ІV) і використовується для розжарювання спеціальних споруд – доменних повітронагрівників (кауперів), у яких підігрівається до 600-800°С повітря, що подається в домну.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...