Nêu nguyên tắc chung để luyện quặng thành gang

Giải SBT Hóa 9 Bài 20: Hợp kim sắt: Gang, thép

Bài 20.2 trang 25 SBT Hóa học lớp 9:

Lời giải:

* Nguyên tắc chung để sản xuất gang: Khử sắt trong oxit bằng CO ở nhiệt độ cao. Trong lò cao, sắt có hoá trị cao bị khử dần đến sắt có hoá trị thấp theo sơ đồ:

Fe₂O₃ → Fe₃O₄ → FeO → Fe

Người ta nạp nguyên liệu vào lò cao thành từng lớp than cốc và lớp quặng (và chất chảy) xen kẽ nhau. Không khí nóng được đưa vào từ phía trên nồi lò đi lên.

Những phản ứng hoá học xảy ra trong quá trình luyện quặng thành gang.

- Phản ứng tạo chất khử CO : Không khí nóng được nén vào lò cao, đốt cháy hoàn toàn than cốc: C + O₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ CO₂

Khí CO₂ đi lên trên, gặp than cốc, bị khử thành CO :

CO₂ + C $\stackrel{t^o}{\to }$ 2CO

- CO khử sắt trong oxit sắt

3Fe₂O₃ + CO $\stackrel{t^o}{\to }$ 2Fe₃O₄ + CO₂

Fe₃O₄ + CO $\stackrel{t^o}{\to }$ 3FeO + CO₂

FeO + CO $\stackrel{t^o}{\to }$ Fe + CO₂

Sắt nóng chảy hoà tan một phần C, Si, P và S tạo thành gang.

* Những phản ứng hoá học xảy ra trong quá trình luyện gang thành thép.

Không khí giàu oxi hoặc oxi sẽ oxi hoá lần lượt các tạp chất trong gang nóng chảy,

- Trước hết, silic và mangan bị oxi hoá:

Si + O₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ SiO₂ ; 2Mn + O₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ 2MnO.

- Tiếp đến cacbon, lưu huỳnh bị oxi hoá:

2C + O₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ 2CO ; S + O₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ SO₂.

- Sau đó photpho bị oxi hoá:

4P + 5O₂ → 2P₂O₅

Sau khi các tạp chất trong gang bị oxi hoá hết, sẽ có một phần sắt bị oxi hoá:

2Fe + O₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ 2FeO

Trước khi kết thúc quá trình luyện gang thành thép, cần thêm vào lò một lượng gang giàu mangan nhằm 2 mục đích sau:

- Mn khử sắt (II) trong FeO thành sắt:

Mn + FeO $\stackrel{t^o}{\to }$ Fe + MnO.

- Gia tăng một lượng nhất định cacbon trong sắt nóng chảy để được loại thép có hàm lượng cacbon như ý muốn.