Hayotda biz doimo qotishmalarga duch kelamiz, ularning eng keng tarqalgani po'latdir. Shuning uchun, kimdir po'lat qanday ishlab chiqarilganligi haqida savol tug'ilishi ajablanarli emas?

Po'lat temir va uglerod qotishmalaridan biri bo'lib, u keng qo'llaniladi Kundalik hayot. Po'lat ishlab chiqarish jarayoni ko'p bosqichli bo'lib, bir necha bosqichlardan iborat: ruda qazib olish va boyitish, sinter ishlab chiqarish, temir ishlab chiqarish va po'lat eritish.

Ruda va sinter

Ruda konlari boy va kambag'al jinslarni qazib olishga imkon beradi. Yuqori navli ruda darhol sanoat xom ashyosi sifatida ishlatilishi mumkin. Past navli rudani eritib olish uchun uni boyitish, ya’ni undagi sof metall miqdorini oshirish kerak. Buning uchun ruda maydalanadi va turli texnologiyalar yordamida metall birikmalariga boy zarrachalar ajratiladi. Masalan, temir rudalari uchun magnit ajratish qo'llaniladi - effekt magnit maydon temirga boy zarralarni ajratish uchun xom ashyo ustida.

Natijada past dispersli konsentrat olinadi, u kattaroq bo'laklarga bo'linadi. Temir rudalarini qovurish natijasi aglomeratdir. Aglomerat turlari ularning tarkibiga kiradigan asosiy xom ashyo nomi bilan ataladi. Bizning holatda, bu temir javhari sinteridir. Endi po'lat qanday ishlab chiqarilganligini tushunish uchun keyingi texnologik jarayonni kuzatish kerak.

Temir ishlab chiqarish.

Cho'yan qarama-qarshi oqim printsipida ishlaydigan yuqori pechlarda eritiladi. Sinter, koks va boshqa zaryad materiallarini yuklash yuqoridan amalga oshiriladi. Pastdan yuqoriga, bu materiallarga qarab, koksning yonishidan issiq gaz oqimlari ko'tariladi. Bir qator kimyoviy jarayonlar boshlanadi, natijada temirning kamayishi va uning uglerod bilan to'yinganligi. Harorat bir vaqtning o'zida 400-500 daraja Selsiy hududida qolmoqda. Pechning pastki qismlarida, kamaytirilgan temir asta-sekin tushiriladi, harorat 900-950 darajaga ko'tariladi. Temir va uglerodning suyuq qotishmasi - quyma temir hosil bo'ladi. Asosiyga kimyoviy xususiyatlar quyma temirga quyidagilar kiradi: uglerod miqdori 2,14% dan ortiq, oltingugurt, kremniy, fosfor va marganetsning majburiy mavjudligi. Quyma temir mo'rtlikning ortishi bilan ajralib turadi.

Chelik eritish.

Endi biz yaqinlashamiz oxirgi bosqich, po'latdan qanday ishlab chiqarilganligini o'rganish imkonini beradi. Kimyoviy jihatdan po'lat quyma temirdan pastroq uglerod miqdori bilan farq qiladi; shunga ko'ra, asosiy vazifa ishlab chiqarish jarayoni- asosiy temir qotishmasida uglerod va boshqa aralashmalar miqdorini kamaytirish. Po'lat ishlab chiqarish uchun ochiq o'choq pechlari, kislorod konvertorlari yoki elektr pechlari ishlatiladi.

tomonidan turli texnologiyalar Eritilgan quyma temir juda yuqori haroratlarda kislorod bilan tozalanadi. Teskari jarayon sodir bo'ladi - qotishma tarkibiga kiruvchi aralashmalar darajasida temirning oksidlanishi. Olingan cüruf keyinchalik chiqariladi. Kislorodni tozalash natijasida uglerod miqdori kamayadi va quyma temir po'latga aylanadi.

Materialning xususiyatlarini o'zgartirish uchun po'latga qotishma elementlari qo'shilishi mumkin. Shuning uchun po'lat temir tarkibida kamida 45% bo'lgan temir-uglerodli qotishma hisoblanadi.

Yuqorida tavsiflangan jarayonlar po'latni qanday qilib, qanday materiallardan va qanday texnologiyalardan foydalanishni tushuntirib berdi.

Bundan ancha oldin odamlar temir qazib olishni o'rganishgan. Bundan atigi 450 yil avval Markaziy va Janubiy Amerikaga qo‘ngan ispanlar u yerda ulkan jamoat binolari, saroylar va ibodatxonalarga ega boy shaharlarni kashf etdilar. Biroq, hindular hali temirni bilishmaganligi ma'lum bo'ldi. Ularning mehnat qurollari va qurollari faqat toshdan qilingan.

Tarixdan ma'lumki, Misr, Mesopotamiya va Xitoy xalqlari miloddan avvalgi 3-4 ming yillar. e. ulkan ishlab chiqarilgan qurilish ishlari qudratli daryolarning kuchidan foydalanish va suvlarni dalalarga yo'naltirish. Bu ishlarning barchasi uchun juda ko'p asboblar - teraklar, ketmonlar, omochlar va ko'chmanchilarning bosqinlaridan himoya qilish uchun juda ko'p qurollar - qilich va o'qlar kerak edi. Shu bilan birga, mis va qalay unchalik ko'p qazib olinmagan. Shuning uchun ishlab chiqarishning rivojlanishi tabiatda keng tarqalgan yangi metallni talab qildi. Bu metallni izlash oson bo‘lmagan: temir rudalari metallga unchalik o‘xshamaydi va qadim zamonlarda odamning ularda o‘ziga kerakli metall borligini taxmin qilish, albatta, qiyin bo‘lgan. Bundan tashqari, u o'z-o'zidan juda yumshoq, asboblar va qurollar tayyorlash uchun yomon materialdir.

Inson rudalardan temir ajratib olishni va undan temir yasashni o'rgangunga qadar ko'p vaqt o'tdi.

Ishlab chiqarish materiali sifatida temirning birinchi kashfiyoti bo'lishi mumkin turli buyumlar nikel aralashmasi bilan mahalliy temirdan tashkil topgan temir meteoritlari topilmalari bilan bog'liq. Ehtimol, meteorit temirining zanglaganini kuzatish orqali odamlar er yuzida tez-tez uchraydigan sariq, tuproqli ocherlarda temir borligini tushunishgan va keyin temirni eritish usullarini kashf etganlar.

Tarixiy ma'lumotlarga ko'ra, miloddan avvalgi ming yil. e. Ossuriya, Hindiston, Urartu va boshqa ba'zi mamlakatlarda ular temirni qanday qazib olish va qayta ishlashni bilishgan. Undan asbob-uskunalar va turli xil qurollar yasalgan. 7-asrda Miloddan avvalgi e. Dnepr bo'yi va Qora dengiz cho'llarida yashovchi qishloq xo'jaligi aholisi ham temir qazib olishni bilishgan. Skiflar undan pichoq, qilich, oʻq va nayza uchlari, boshqa harbiy va uy-roʻzgʻor buyumlari yasagan.

Temir qazib olish va uni qayta ishlash san'ati Qadimgi Rusda keng tarqalgan.

O'sha kunlarda xalq orasida "ayyor" deb ataladigan temirchilar nafaqat qayta ishlangan, balki odatda rudalardan temir qazib olishgan. Ular juda hurmatga sazovor edilar. Xalq ertaklarida temirchi yovuz kuchlarning timsoli bo'lgan Ilon Gorinichni mag'lub qiladi va boshqa ko'plab qahramonliklarni amalga oshiradi.

Temir yumshoq metall, oson zarb qilinadi, lekin sof shakl asboblarni tayyorlash uchun yaroqsiz faqat temirning boshqa moddalar bilan qotishmalari uni beradi zaruriy xususiyatlar, shu jumladan qattiqlik. uchun eng muhimi Milliy iqtisodiyot temir va uglerodning ikkita qotishmasi - quyma temir 2% dan ortiq (6% gacha) uglerodni o'z ichiga olgan va po'lat, tarkibida 0,03 dan 2% gacha uglerod mavjud.

Qadim zamonlarda odamlar quyma temir haqida hech qanday tasavvurga ega emas edilar, lekin ular temirdan po'lat yasashni o'rgandilar. Ular ibtidoiy soxtaxonalarda temir rudasini aralashtirib, temir eritdilar ko'mir. Ular temir rudasini eritish uchun zarur bo'lgan yuqori haroratni oddiy ko'rfaz yordamida olishgan. Ular qo'lda harakatga keltirildi, keyin esa suvning kuchi bilan suv tegirmonlarini o'rnatdi. Temir rudasini eritgandan so'ng, donador temirning sinterlangan massasi olindi, keyinchalik u anvillarda zarb qilindi.

Temirdan po'lat yasash uchun zarb qilingan temirning yupqa chiziqlari ko'mir bilan qoplangan va bir necha kun davomida ko'mir bilan birga kaltsiylangan. Albatta, bu yo'l bilan ozgina po'lat olindi va u qimmat edi. Po'lat ishlab chiqarish sirlari qat'iy saqlangan. Ayniqsa mashhur edi Damashq po'lati- damask po'lati - olish usuli qadimgi hind ustalari tomonidan ishlab chiqilgan, keyin esa arab ustalari tomonidan o'zlashtirilgan.

Biroq, temir rudasini qayta ishlash va po'lat ishlab chiqarishning barcha bu usullari juda oz metall berdi. Unga tobora ortib borayotgan ehtiyoj odamlarni sezilarli darajada olishning yangi usullarini izlashga majbur qildi katta miqdorda metall 14-asr oxiri - 15-asr boshlarida temir eritish uchun 2-3 m balandlikdagi pechlar qurila boshlandi. ko'proq metall. Ushbu pechlarda eritishni amalga oshirgan hunarmandlar ba'zi eritmalarning muvaffaqiyatsizligini payqashdi. Temir o'rniga o'choqda temirga o'xshash massa hosil bo'ldi, u sovutilganda mo'rt, sindirilmaydigan moddani berdi. Ammo, temir va po'latdan farqli o'laroq, bu massa ajoyib xususiyatga ega edi: u o'choqda erigan holatda suyuqlik shaklida olingan, uni pechdan teshiklar orqali chiqarish va undan quyma yasash mumkin edi. turli shakllar. Bu quyma temir edi.

Albatta, qadimgi kunlarda metallurglar nima uchun ba'zi hollarda sinterlangan egiluvchan temir o'choqqa, boshqalarida esa - suyuq quyma temirga tushishini qanday tushuntirishni bilishmagan. Kimyo fan sifatida o'sha kunlarda mavjud emas edi va temir yasagan hunarmandlarning hech biri butun gap eritish paytida ruda, ko'mir va o'choqqa kiradigan havo o'rtasidagi nisbatda ekanligini bilmas edi. Pechga qancha ko'p havo (aniqrog'i, kislorod) berilsa, shuncha ko'p uglerod yonib ketadi va u karbonat angidridga aylanadi, bug'lanadi va temirda ozgina uglerod qoladi: po'lat shunday olinadi. Agar havo kamroq bo'lsa, u holda temirda juda ko'p uglerod eriydi: quyma temir hosil bo'ladi.

Odamlar quyma temirdan nafaqat quyma uchun, balki undan egiluvchan temir yasash uchun ham foydalanishni juda tez o'rgandilar. Buning uchun quyma temir bo'lagi soxtalarda qizdirildi va shu bilan undan ortiqcha uglerodni yoqib yubordi.

18-asrda bugʻ mashinasi va toʻquv dastgohining ixtirosi. va ayniqsa qurilish temir yo'llar V XIX boshi V. katta miqdordagi metallni talab qiladi. Yana bir bor, temir va po'lat ishlab chiqarishda tub o'zgarishlar zarur edi.

1784 yilga kelib Angliyada Kort olovli yoki reverberatsiyali pechlarda quyma temirni qayta ishlashni joriy qildi. Bu jarayon deyiladi ko'lmak. Reverberatorli pechda ular yog'och o'rniga uni ishlatishni boshladilar. Ko'mirni eritishda ishlatishga ilgari ko'mir tarkibidagi oltingugurt to'sqinlik qilgan. Ko'mir bilan aloqa qilganda temir ichiga kirib ketdi. Va oltingugurt o'z ichiga olgan temir qizdirilishi bilanoq mo'rt bo'lib qoldi.

Reverberatorli pechda olov qutisi cho'yan eritilgan vannadan eshik bilan ajratiladi va shu bilan ko'mir to'g'ridan-to'g'ri aloqa qilmaydi. Quyma temir olov bilan isitiladi va uning ustiga olov qutisidan o'tadigan issiq havo o'choqning tomidan aks etadi. Cho'yan ishlab chiqarish usulini takomillashtirish bilan bir qatorda po'lat ishlab chiqarishning yangi usullarini izlash kuchaytirildi.

Damashq po'latini - damas po'latini tayyorlash sirini 19-asrning birinchi yarmida Zlatoust metallurgiya zavodida ishlagan mashhur rus metallurgi Pavel Petrovich Anosov ochgan. U ajoyib Damashq po'latini yaratish uchun kichik tigellarda temirni grafit bilan qotishdi, u ham uglerod. Ushbu po'latdan yasalgan klişe o'sha paytda dunyodagi eng yaxshi deb hisoblangan eng kuchli ingliz po'latidan kuchliroq edi.

1856 yilda ingliz muhandisi Bessemer erigan quyma temir orqali "nozullarga" - retortning pastki qismidagi teshiklarga havo puflashni taklif qildi, buning natijasida 10-20 daqiqada barcha ortiqcha ko'mir karbonat angidridga, quyma temir esa po'latga aylandi. .

Keyinchalik, reverberatorli pechlarda po'latni eritish usuli deb ataladi ochiq o'choq. Ochiq o'choqli jarangli pechlar eski reverberator pechlariga qaraganda ancha yaxshi. IN maxsus qurilmalar marten regeneratorlari - ko'mirdan olinadigan havo va yonuvchi gaz 1000 ° gacha qizdiriladi. Isitish bir xil o'choqdan chiqadigan tutun gazlarining issiqligi tufayli sodir bo'ladi. Gaz va havoni isitish taxminan 1800 ° haroratning rivojlanishiga (gazni yoqish paytida) yordam beradi. Bu quyma temir va po'latni eritish uchun etarli.

Ayniqsa, yuqori sifatli po'lat hozirgi vaqtda elektr pechlarida eritiladi, bu erda metall voltaik yoyda eritib olinadi, uning harorati 3000 ° ga etadi. Elektr eritishning afzalliklari shundaki, metall an'anaviy pechlarda yondirilgan yoqilg'i gazlarida doimo mavjud bo'lgan zararli aralashmalar bilan ifloslanmaydi.

Cho‘yan yuqori pechlarda eritiladi. Yordamchi qurilmalar bilan birgalikda zamonaviy portlash pechining balandligi 40 metr yoki undan ko'p. Temir rudasining erish nuqtasini pasaytirish uchun qo'shing oqim, yoki kiyik, - rudaning ayrim komponentlari bilan birlashganda past eriydigan cüruf hosil qiluvchi modda. Odatda, flüorit yoki ftorit va boshqalar oqim sifatida ishlatiladi, ruda va oqim aralashmasi deyiladi zaryad. Zaryad koks bilan aralashtirilgan boshqa pechga quyiladi, u yondirilganda butun aralashmani isitadi va eritadi. Koks odatdagidek yonadi, agar unga havo puflansa, 600-850 ° gacha qizdirilsa. Havo po'lat minoralardagi yuqori o'choqdan chiqadigan gazlar bilan isitiladi - kauiorax- ichida g'isht bilan qoplangan.

Pechning eng pastki qismida issiq havo issiq havo bilan uchrashadi va yonadi. Bu karbonat angidrid (CO2) hosil qiladi. U ko'tarilgach, u yuqori kimyoviy faollik bilan ajralib turadigan boshqa gaz - uglerod oksidi (CO) ga aylanadi.

Uglerod oksidi ochko'zlik bilan kislorodni temir oksidlaridan olib tashlaydi. Shunday qilib ozod qilindi metall temir, uglerodni o'z ichiga olgan, ya'ni. quyma temir, keyin ichiga oqadi pastki qismi yuqori pechlar. Vaqti-vaqti bilan u pechning maxsus teshigidan chiqariladi va u qoliplarga oqadi, u erda u soviydi.

Temir - to'rtinchi davrning sakkizinchi guruhining ikkilamchi kichik guruhining elementi davriy jadval D.I.Mendeleyevning kimyoviy elementlari atom raqami 26. Fe belgisi bilan ko'rsatilgan (lat. Ferrum). Yer qobig'idagi eng keng tarqalgan metallardan biri (alyuminiydan keyin ikkinchi o'rin). O'rtacha faollikdagi metall, qaytaruvchi vosita.

Asosiy oksidlanish darajalari - +2, +3

Oddiy temir moddasi yuqori kimyoviy reaktivlikka ega bo'lgan egiluvchan kumush-oq metalldir: temir yuqori haroratlarda yoki qachon tez korroziyaga uchraydi. yuqori namlik havoda. Temir sof kislorodda yonadi va nozik dispers holatda havoda o'z-o'zidan yonadi.

Oddiy moddaning kimyoviy xossalari - temir:

Kislorodda zanglash va yonish

1) Havoda temir namlik (zang) borligida oson oksidlanadi:

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O → 4Fe(OH) 3

Issiq temir sim kislorodda yonib, shkala hosil qiladi - temir oksidi (II, III):

3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4

3Fe+2O 2 →(Fe II Fe 2 III)O 4 (160 °C)

2) Yuqori haroratlarda (700–900°C) temir suv bugʻi bilan reaksiyaga kirishadi:

3Fe + 4H 2 O – t° → Fe 3 O 4 + 4H 2

3) Temir qizdirilganda metall bo'lmaganlar bilan reaksiyaga kirishadi:

2Fe+3Cl 2 →2FeCl 3 (200 °C)

Fe + S – t° → FeS (600 °C)

Fe+2S → Fe +2 (S 2 -1) (700°C)

4) Kuchlanish qatorida u vodorodning chap tomonida joylashgan, suyultirilgan kislotalar HCl va H 2 SO 4 bilan reaksiyaga kirishadi va temir (II) tuzlari hosil bo‘ladi va vodorod ajralib chiqadi:

Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (reaktsiyalar havoga kirmasdan amalga oshiriladi, aks holda Fe +2 kislorod bilan asta-sekin Fe +3 ga aylanadi)

Fe + H 2 SO 4 (suyultirilgan) → FeSO 4 + H 2

Konsentrlangan oksidlovchi kislotalarda temir faqat qizdirilganda eriydi, u darhol Fe 3+ kationiga aylanadi;

2Fe + 6H 2 SO 4 (konk.) – t° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Fe + 6HNO 3 (konk.) – t° → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O

(sovuqda, konsentrlangan nitrat va sulfat kislotalarda passivlashtirish

Temir tirnoq mavimsi eritmaga botiriladi mis sulfat, asta-sekin qizil metall mis qoplamasi bilan qoplanadi

5) Temir o'zining o'ng tomonida joylashgan metallarni tuzlari eritmalaridan siqib chiqaradi.

Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu

Temirning amfoter xossalari faqat qaynash vaqtida konsentrlangan ishqorlarda namoyon bo'ladi:

Fe + 2NaOH (50%) + 2H 2 O= Na 2 ↓+ H 2

va natriy tetragidroksoferrat (II) cho'kmasi hosil bo'ladi.

Texnik jihozlar- temir va uglerod qotishmalari: quyma temir tarkibida 2,06-6,67% C, po'lat 0,02-2,06% C, boshqa tabiiy aralashmalar (S, P, Si) va sun'iy ravishda kiritilgan maxsus qo'shimchalar (Mn, Ni, Cr) ko'pincha mavjud bo'lib, bu temir qotishmalarini texnik beradi. foydali xususiyatlar- qattiqlik, termal va korroziyaga qarshilik, egiluvchanlik va boshqalar. .

Yuqori o'choqli temir ishlab chiqarish jarayoni

Yuqori pechda quyma temir ishlab chiqarish jarayoni quyidagi bosqichlardan iborat:

a) sulfidli va karbonatli rudalarni tayyorlash (qovurish) - oksidli rudaga aylantirish:

FeS 2 →Fe 2 O 3 (O 2,800°C, -SO 2) FeCO 3 →Fe 2 O 3 (O 2,500-600°C, -CO 2)

b) koksning issiq portlash bilan yonishi:

C (koks) + O 2 (havo) → CO 2 (600-700 ° C) CO 2 + C (koks) ⇌ 2 CO (700-1000 ° C)

c) oksid rudasini uglerod oksidi CO bilan ketma-ket kamaytirish:

Fe2O3 →(CO)(Fe II Fe 2 III) O 4 →(CO) FeO →(CO) Fe

d) temirni karburizatsiya qilish (6,67% C gacha) va cho'yanni eritish:

Fe (t ) →(C(koks)900-1200°S) Fe (suyuqlik) (quyma temir, erish nuqtasi 1145°S)

Cho'yanda doimo sementit Fe 2 C va don shaklida grafit mavjud.

Chelik ishlab chiqarish

Cho'yanni po'latga aylantirish maxsus pechlarda (konvertor, o'choq, elektr) amalga oshiriladi, ular isitish usulida farqlanadi; jarayon harorati 1700-2000 ° S. Kislorod bilan boyitilgan havoni puflash ortiqcha uglerodning, shuningdek, oltingugurt, fosfor va kremniyning quyma temirdan oksidlar shaklida yonib ketishiga olib keladi. Bunday holda, oksidlar chiqindi gazlar (CO 2, SO 2) shaklida ushlanadi yoki oson ajratilgan cürufga - Ca 3 (PO 4) 2 va CaSiO 3 aralashmasiga bog'lanadi. Maxsus po'latlarni ishlab chiqarish uchun o'choqqa boshqa metallarning qotishma qo'shimchalari kiritiladi.

Kvitansiya sanoatda sof temir - temir tuzlari eritmasini elektroliz qilish, masalan:

FeSl 2 → Fe↓ + Sl 2 (90°S) (elektroliz)

(boshqa maxsus usullar mavjud, jumladan, temir oksidlarini vodorod bilan kamaytirish).

Sof temir maxsus qotishmalar ishlab chiqarishda, elektromagnit va transformator yadrolarini ishlab chiqarishda, quyma temirdan quyma va po'lat ishlab chiqarishda, po'latdan - konstruktiv va asbob-uskunalar, shu jumladan aşınmaya, issiqlikka va korroziyaga chidamli materiallar sifatida ishlatiladi. birlar.

Temir (II) oksidi F EO . Asosiy xususiyatlarning ustunligi yuqori bo'lgan amfoter oksid. Qora, ion tuzilishga ega Fe 2+ O 2- . Qizdirilganda u avval parchalanadi va keyin yana hosil bo'ladi. Temir havoda yonganda hosil bo'lmaydi. Suv bilan reaksiyaga kirishmaydi. Kislotalar bilan parchalanadi, ishqorlar bilan birlashadi. Nam havoda sekin oksidlanadi. Vodorod va koks bilan kamayadi. Temir eritishning yuqori o'choq jarayonida ishtirok etadi. U keramika va mineral bo'yoqlarning tarkibiy qismi sifatida ishlatiladi. Eng muhim reaksiyalar tenglamalari:

4FeO ⇌(Fe II Fe 2 III) + Fe (560-700 °C, 900-1000 °C)

FeO + 2HC1 (suyultirilgan) = FeC1 2 + H 2 O

FeO + 4HNO 3 (kons.) = Fe(NO 3) 3 +NO 2 + 2H 2 O

FeO + 4NaOH = 2H 2 O + Na 4FeO3 (qizil.) trioksoferrat (II)(400-500 °C)

FeO + H 2 =H 2 O + Fe (qo‘shimcha toza) (350°C)

FeO + C (koks) = Fe + CO (1000 ° C dan yuqori)

FeO + CO = Fe + CO 2 (900 ° C)

4FeO + 2H 2 O (namlik) + O 2 (havo) →4FeO(OH) (t)

6FeO + O 2 = 2(Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500°C)

Kvitansiya V laboratoriyalar: havo kirishisiz temir (II) birikmalarining termal parchalanishi:

Fe(OH) 2 = FeO + H 2 O (150-200 °C)

FeCO3 = FeO + CO 2 (490-550 °C)

Diiron (III) oksidi - temir ( II ) ( Fe II Fe 2 III)O 4 . Ikki oksid. Qora, ion tuzilishga ega Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4. Yuqori haroratgacha termal barqaror. Suv bilan reaksiyaga kirishmaydi. Kislotalar bilan parchalanadi. Vodorod va issiq temir bilan kamayadi. Cho'yan ishlab chiqarishning yuqori o'choq jarayonida ishtirok etadi. Mineral bo'yoqlarning tarkibiy qismi sifatida ishlatiladi ( qizil qo'rg'oshin), keramika, rangli tsement. Chelik buyumlar sirtini maxsus oksidlanish mahsuloti ( qorayish, ko'karish). Tarkibi temir ustidagi jigarrang zang va qorong'i shkalaga mos keladi. Yalpi formula Fe 3 O 4 dan foydalanish tavsiya etilmaydi. Eng muhim reaksiyalar tenglamalari:

2(Fe II Fe 2 III)O 4 = 6FeO + O 2 (1538 °C dan yuqori)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 8NS1 (dil.) = FeS1 2 + 2FeS1 3 + 4N 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 +10HNO 3 (konk.) = 3Fe(NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (havo) = 6 Fe 2 O 3 (450-600 ° S)

(Fe II Fe 2 III)O 4 + 4H 2 = 4H 2 O + 3Fe (qoʻshimcha toza, 1000 °C)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + CO = 3 FeO + CO 2 (500-800 ° S)

(Fe II Fe 2 III)O4 + Fe ⇌4FeO (900-1000 °C, 560-700 °C)

Kvitansiya: temirning havoda yonishi (qarang).

magnetit.

Temir (III) oksidi F e 2 O 3 . Asosiy xossalari ustun bo'lgan amfoter oksid. Qizil-jigarrang, ion tuzilishga ega (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. Yuqori haroratgacha termal barqaror. Temir havoda yonganda hosil bo'lmaydi. Suv bilan reaksiyaga kirishmaydi, jigarrang amorf gidrat Fe 2 O 3 nH 2 O eritmasidan cho'kma kislotalar va ishqorlar bilan sekin reaksiyaga kirishadi. Uglerod oksidi, eritilgan temir bilan kamayadi. Boshqa metallarning oksidlari bilan birikadi va qo'sh oksidlarni hosil qiladi - shpinellar (texnik mahsulotlar ferritlar deb ataladi). Domna jarayonida choʻyan eritishda xom ashyo, ammiak ishlab chiqarishda katalizator, keramika komponenti, rangli sement va mineral boʻyoqlar, poʻlat konstruksiyalarni termit bilan payvandlashda, tovush tashuvchisi sifatida ishlatiladi. va magnit lentalardagi tasvir, po'lat va shisha uchun polishing agenti sifatida.

Eng muhim reaksiyalar tenglamalari:

6Fe 2 O 3 = 4(Fe II Fe 2 III)O 4 +O 2 (1200-1300 °C)

Fe 2 O 3 + 6NS1 (dil.) →2FeS1 3 + ZN 2 O (t) (600°S,r)

Fe 2 O 3 + 2NaOH (kons.) →H 2 O+ 2 NAFeO 2 (qizil)dioksoferrat (III)

Fe 2 O 3 + MO = (M II Fe 2 II I) O 4 (M = Cu, Mn, Fe, Ni, Zn)

Fe 2 O 3 + ZN 2 = ZN 2 O+ 2Fe (qo'shimcha toza, 1050-1100 ° S)

Fe 2 O 3 + Fe = 3FeO (900 °C)

3Fe 2 O 3 + CO = 2(Fe II Fe 2 III)O 4 + CO 2 (400-600 °C)

Kvitansiya laboratoriyada - temir (III) tuzlarining havoda termal parchalanishi:

Fe 2 (SO 4) 3 = Fe 2 O 3 + 3SO 3 (500-700 °C)

4(Fe(NO 3) 3 9 H 2 O) = 2Fe a O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36H 2 O (600-700 °C)

Tabiatda - temir oksidi rudalari gematit Fe 2 O 3 va limonit Fe 2 O 3 nH 2 O

Temir (II) gidroksidi F e(OH) 2 . Asosiy xossalari ustun bo'lgan amfoter gidroksid. Oq (ba'zan yashil rangga ega), Fe-OH aloqalari asosan kovalentdir. Termal jihatdan beqaror. Havoda oson oksidlanadi, ayniqsa nam bo'lganda (qorayadi). Suvda erimaydi. Suyultirilgan kislotalar va konsentrlangan ishqorlar bilan reaksiyaga kirishadi. Oddiy reduktor. Temirni zanglashda oraliq mahsulot. U temir-nikel batareyalarining faol massasini ishlab chiqarishda qo'llaniladi.

Eng muhim reaksiyalar tenglamalari:

Fe(OH) 2 = FeO + H 2 O (150-200 °C, atm.N 2)

Fe(OH) 2 + 2HC1 (dil.) = FeC1 2 + 2H 2 O

Fe(OH) 2 + 2NaOH (> 50%) = Na 2 ↓ (koʻk-yashil) (qaynoq)

4Fe(OH) 2 (suspenziya) + O 2 (havo) →4FeO(OH)↓ + 2H 2 O (t)

2Fe(OH) 2 (suspenziya) +H 2 O 2 (suyultirilgan) = 2FeO(OH)↓ + 2H 2 O

Fe(OH) 2 + KNO 3 (konk.) = FeO(OH)↓ + NO+ KOH (60 °C)

Kvitansiya: inert atmosferada gidroksidi yoki ammiak gidratli eritmadan cho'kma:

Fe 2+ + 2OH (dil.) = Fe(OH) 2 ↓

Fe 2+ + 2 (NH 3 H 2 O) = Fe(OH) 2 ↓+ 2NH 4

Temir metagidroksidi F eO(OH). Asosiy xossalari ustun bo'lgan amfoter gidroksid. Ochiq jigarrang, Fe - O va Fe - OH aloqalari asosan kovalentdir. Qizdirilganda erimasdan parchalanadi. Suvda erimaydi. Eritmadan jigarrang amorf poligidrat Fe 2 O 3 nH 2 O ko'rinishida cho'kma hosil bo'ladi, u suyultirilgan ishqoriy eritma ostida yoki quritilganda FeO (OH) ga aylanadi. Kislotalar va qattiq ishqorlar bilan reaksiyaga kirishadi. Zaif oksidlovchi va qaytaruvchi vosita. Fe (OH) 2 bilan sinterlangan. Temirni zanglashda oraliq mahsulot. U sariq mineral bo'yoqlar va emallar uchun asos, chiqindi gazlar uchun absorber va organik sintezda katalizator sifatida ishlatiladi.

Fe (OH) 3 tarkibidagi birikma noma'lum (olinmagan).

Eng muhim reaksiyalar tenglamalari:

Fe 2 O 3. nH 2 O→( 200-250 °C, -H 2 O) FeO(OH)→( Havoda 560-700 ° C, -H2O)→Fe 2 O 3

FeO(OH) + ZNS1 (dil.) = FeC1 3 + 2H 2 O

FeO(OH)→ Fe 2 O 3 . nH 2 O-kolloid(NaOH (kons.))

FeO(OH)→ Na 3 [Fe(OH) 6 ]oq, mos ravishda Na 5 va K 4; ikkala holatda ham bir xil tarkib va ​​tuzilishga ega bo'lgan ko'k rangli mahsulot KFe III cho'kadi. Laboratoriyada bu cho'kma deyiladi Prussiya ko'k, yoki turnbull blue:

Fe 2+ + K + + 3- = KFe III ↓

Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓

Boshlovchi reagentlar va reaksiya mahsulotlarining kimyoviy nomlari:

K 3 Fe III - kaliy geksasiyanoferrat (III)

K 4 Fe III - kaliy geksasiyanoferrat (II)

KFe III - temir (III) kaliy geksasiyanoferrat (II)

Bundan tashqari, Fe 3+ ionlari uchun yaxshi reagent tiosiyanat ioni NSS - bo'lib, temir (III) u bilan birlashadi va yorqin qizil ("qonli") rang paydo bo'ladi:

Fe 3+ + 6NCS - = 3-

Ushbu reaktiv (masalan, KNCS tuzi shaklida) hatto temir (III) izlarini ham aniqlay oladi. musluk suvi, ichki tomondan zang bilan qoplangan temir quvurlar orqali o'tsa.

Temir 5% dan ortiqni tashkil qiladi er qobig'i. Temir qazib olish uchun asosan gematit Fe2O3 va magnetit Fe3O4 kabi rudalar ishlatiladi. Bu rudalarda 20% dan 70% gacha temir mavjud. Bu rudalardagi eng muhim temir aralashmalari qum (kremniy (IV) oksidi SiO2) va alyuminiy oksidi (alyuminiy oksidi Al2O3) hisoblanadi.

Temir rudasidan temir qazib olish ikki bosqichda amalga oshiriladi. Bu rudani tayyorlash - maydalash va isitish bilan boshlanadi. Ruda diametri 10 sm dan oshmaydigan bo'laklarga bo'linadi, keyin suv va uchuvchi aralashmalarni olib tashlash uchun ezilgan ruda kalsinlanadi.

Ikkinchi bosqichda temir javhari yuqori pechda uglerod oksidi yordamida temirga qaytariladi (2.1-rasm), bu erda: 1 - temir rudasi, ohaktosh, koks, 2 - yuklash konusi (yuqori), 3 - yuqori gaz, 4 - o'choq. duvarcılık, 5 - temir oksidini kamaytirish zonasi, 6 - shlak hosil bo'lish zonasi, 7 - koks yonish zonasi, 8 - isitiladigan havoni tuyerlar orqali yuborish, 9 - eritilgan temir, 10 - eritilgan cüruf.

Kamaytirish taxminan 700 ° C haroratda amalga oshiriladi:

Fe2O3(qattiq) + 3CO(g) = 2Fe(suyuq) + 3CO2(g)

Temir hosildorligini oshirish uchun bu jarayon ortiqcha karbonat angidrid CO2 sharoitida amalga oshiriladi.

Uglerod oksidi CO yuqori pechda koks va havodan hosil bo'ladi (2.12). Avval havo taxminan 600 ° C ga qadar isitiladi va o'choqqa o'tqaziladi maxsus quvur- tuyer. Kola issiq yonadi siqilgan havo, karbonat angidrid hosil qiladi. Bu reaktsiya ekzotermik bo'lib, haroratning 1700 ° C dan oshishiga olib keladi:

C(g.) + O2(g.) > CO2(g.), ?H0m = -406 kJ/mol

Karbonat angidrid pechda ko'tariladi va ko'proq koks bilan reaksiyaga kirishib, karbon monoksit (2.13) hosil qiladi. Bu reaksiya endotermik:

CO2(g.) +S(qattiq.) > 2CO(g.) , ?H0m = +173 kJ/mol

Rudani kamaytirish jarayonida hosil bo'lgan temir qum va alumina aralashmalari bilan ifloslangan. Ularni olib tashlash uchun o'choqqa ohaktosh qo'shiladi. Pechdagi haroratda (800 0C) ohaktosh kaltsiy oksidi va karbonat angidrid hosil bo'lishi bilan termal parchalanishga uchraydi:

CaCO3(qattiq) >CaO(qattiq) + CO2(g)

Kaltsiy oksidi shlak hosil qilish uchun aralashmalar bilan birlashadi. Shlak tarkibida kaltsiy silikat va kaltsiy aluminat mavjud:

CaO (qattiq) + SiO2 (qattiq) > CaSiO3 (suyuq)

CaO(qattiq) +Al2O3(qattiq) >CaAl2O4(suyuq)

Temir 1540 ° S da eriydi. Eritilgan temir eritilgan cüruf bilan birga o'choqning pastki qismiga oqadi. Eritilgan shlak erigan temir yuzasida suzadi. Ushbu qatlamlarning har biri vaqti-vaqti bilan tegishli darajada pechdan chiqariladi.

Domna pechi kechayu kunduz, uzluksiz rejimda ishlaydi. Domna jarayoni uchun xom ashyo temir rudasi, koks va ohaktosh hisoblanadi. Ular doimo yuqoridan o'choqqa oziqlanadi. Temir o'choqdan kuniga to'rt marta, ma'lum vaqt oralig'ida chiqariladi. Olovli oqimda taxminan 1500 ° S haroratda o'choqdan quyiladi. Domna pechlari har xil oʻlcham va unumdorlikka ega (kuniga 1000-3000 t). Qo'shma Shtatlarda to'rtta chiqish joyi va eritilgan temirni doimiy ravishda chiqarib yuboradigan yangi o'choq konstruktsiyalari mavjud. Bunday pechlar kuniga 10 000 tonnagacha quvvatga ega.

Domna pechida eritilgan temir qum qoliplariga quyiladi. Bunday temirga quyma temir deyiladi. Temir tarkibidagi temir miqdori taxminan 95% ni tashkil qiladi. Quyma temir qattiq, ammo mo'rt moddadir, erish nuqtasi taxminan 1200 ° C.

Cho‘yan cho‘yan, metallolom va po‘lat aralashmasini koks bilan eritish orqali tayyorlanadi. Eritilgan temir qoliplarga quyiladi va sovutiladi.

Temir sanoat temirning eng sof shakli hisoblanadi. U xom temirni gematit va ohaktosh bilan isitish orqali olinadi eritish pechkasi. Bu temirning tozaligini taxminan 99,5% ga oshiradi. Uning erish nuqtasi 1400 ° C gacha ko'tariladi.

Cho'zilgan temir katta kuch, egiluvchanlik va egiluvchanlikka ega. Biroq, ko'pgina ilovalar uchun u yumshoq po'lat bilan almashtiriladi.

Chelik ishlab chiqarish: Cho'yanni po'latga aylantirish jarayoni cho'yandan ortiqcha uglerod, oltingugurt, fosfor, kremniy, marganets va boshqa elementlarni olib tashlashni o'z ichiga oladi. Nopoklarni olib tashlash ularni oksidlarga aylantirish orqali amalga oshiriladi, ular uchuvchi (CO va CO2) yoki cürufga aylanadi. Cho'yanni po'latga qayta ishlash uchta usulda amalga oshiriladi: Bessemer, Tomas va ochiq o'choq, ular quyma temir tarkibiga va olinishi kerak bo'lgan po'lat turiga qarab tanlanadi. Quyida batafsil muhokama qilinadi Har xil turlar po'latlar, ularning xususiyatlari va qo'llanilishi.

Ochiq o'choq usuli keyingi usullardan ruda, shkala va hurda (metall hurda) tarkibidagi temir oksidi ko'rinishidagi qattiq oksidlovchi moddalardan foydalanishi bilan farq qiladi. Ochiq o'choq jarayoni o'choqli pechlar deb ataladigan maxsus pechlarda amalga oshiriladi. Ochiq o'choqli pechlar (2.2-rasm), bu erda: 1 - tonoz, 2 - to'ldiruvchi oynalar, 3 - eritilgan vanna, 4 - boshlar, 5 - regeneratorlar, 6 - almashtirish klapanlari.

Ochiq o'choqli pechlar yonish pechining bir turi - ular qizdirilgan massa yuzasidan yonuvchi gazlarni yoqish natijasida hosil bo'lgan olov bilan isitiladi. Cho‘yan, ruda va qoldiqlar marten pechiga shunday nisbatda yuklanadiki, temir oksidlarida ma’lum miqdordagi aralashmalarni oksidlash uchun kislorod yetarli bo‘ladi. Fluxlar, olib tashlangan aralashmalarning tabiatiga qarab, cüruf kislotali yoki asosli bo'lishi uchun tanlanadi. Eritma jarayoni 5-6 soat davom etadi. Bu vaqt ichida vaqti-vaqti bilan eritilgan po'latdan namunalar olinadi, uning tarkibi aniqlanadi va zarur komponentlar ferroqotishmalar shaklida qo'shiladi (turli metallar va metall bo'lmagan qotishmalar, masalan, nikel, marganets, titan, molibden, volfram, xrom, kremniy va boshqalar). Uzoq erish vaqti ma'lum tarkibdagi po'lat ishlab chiqarish imkonini beradi. Kislorod bilan boyitilgan havodan foydalanish ko'proq narsaga erishishga imkon beradi yuqori harorat va eritish jarayonini kuchaytirish va uning vaqtini 4 soatgacha qisqartirish imkonini beradi.

Kislorod konvertatsiyasi jarayoni. IN so'nggi o'n yilliklar Po'lat ishlab chiqarish asosiy kislorod jarayonining rivojlanishi bilan inqilob qildi (shuningdek, Linz-Donavits jarayoni deb ham ataladi). Ushbu jarayon 1953 yilda Avstriyaning ikkita metallurgiya markazi - Linz va Donavitsdagi po'lat zavodlarida qo'llanila boshlandi.

Kislorodli konvertor jarayonida asosiy qoplamali (g'ishtli) kislorod konvertori ishlatiladi (2.3-rasm), bu erda: 1 - kislorod va CaO, 2 - kislorodni portlatish uchun suv bilan sovutilgan trubka, 3 - shlak. 4-eksa, 5-eritilgan po'lat, 6-po'lat korpus.

Konverter eğimli holatda eritish pechidan va metallolomdan eritilgan cho'yan bilan yuklanadi, keyin yana vertikal holat. Shundan so'ng, konvertor yuqoridan AOK qilinadi mis quvur suvni sovutish bilan va u orqali kukunli ohak CaO bilan aralashtirilgan kislorod oqimi eritilgan temir yuzasiga yo'naltiriladi. 20 daqiqa davom etadigan ushbu "kislorodni tozalash" temir aralashmalarining qizg'in oksidlanishiga olib keladi va oksidlanish reaktsiyasi paytida energiya chiqishi tufayli konvertor tarkibi suyuqlik bo'lib qoladi. Olingan oksidlar ohak bilan birlashadi va cürufga aylanadi. Keyin mis trubka chiqariladi va shlakni to'kish uchun konvertor egiladi. Qayta puflagandan so'ng, eritilgan po'lat konvertordan (qiyalik holatida) cho'chqaga quyiladi.

Kislorod-konvertor jarayoni asosan uglerodli po'latlarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Bu yuqori mahsuldorlik bilan ajralib turadi. 40-45 daqiqada bitta konvertorda 300-350 tonna po'lat ishlab chiqariladi.

Hozirgi vaqtda Buyuk Britaniyadagi barcha po'lat va butun dunyo bo'ylab ko'pchilik po'lat bu jarayon yordamida ishlab chiqariladi.

Olovli qoplama materialiga qarab, konvertor usuli ikki turga bo'linadi: Bessemer va Tomas.

Bessemer usuli tarkibida oz miqdorda fosfor va oltingugurt boʻlgan va kremniyga boy (kamida 2%) boʻlgan choʻyanlarga ishlov beriladi. Kislorod puflanganda, kremniy birinchi bo'lib oksidlanadi va katta miqdordagi issiqlikni chiqaradi. Natijada, quyma temirning dastlabki harorati taxminan 1300 ° S dan tezda 1500-1600 ° S gacha ko'tariladi. 1% Si ning yonishi haroratning 200 ° C ga oshishiga olib keladi (2,17). Taxminan 1500 ° S haroratda kuchli uglerod yonishi boshlanadi. Shu bilan birga, temir ham intensiv oksidlanadi, ayniqsa kremniy va uglerodning yonishi oxiriga kelib:

Si(qattiq) + O2(g) = SiO2(qattiq)

• 2C(s) + O2(g) = 2CO(g)
• 2Fe(qattiq) + O2(g) = 2FeO(qattiq)

Olingan temir monoksit FeO erigan cho'yanda yaxshi eriydi va qisman po'latga kiradi va qisman SiO2 bilan reaksiyaga kirishadi va temir silikat shaklida FeSiO3 cürufga kiradi:

FeO (qattiq) + SiO2 (qattiq) = FeSiO3 (qattiq)

Fosfor butunlay quyma temirdan po'latga o'tadi. Shunday qilib, SiO2 ko'p bo'lgan P2O5 asosiy oksidlar bilan reaksiyaga kirisha olmaydi, chunki SiO2 ikkinchisi bilan kuchliroq reaksiyaga kirishadi. Shuning uchun fosforli quyma temirni bu usul yordamida po'latga qayta ishlash mumkin emas.

Konverterdagi barcha jarayonlar tezda - 10-20 daqiqada davom etadi, chunki quyma temirdan puflangan havo kislorodi metallning butun hajmida darhol tegishli moddalar bilan reaksiyaga kirishadi. Kislorod bilan boyitilgan havo bilan puflanganda jarayonlar tezlashadi. Uglerod yonishi natijasida hosil bo'lgan CO uglerod oksidi yuqoriga qarab gurillaydi va u erda yonadi, konvertorning bo'ynida yorug'lik alangasi mash'alini hosil qiladi, uglerod yonishi bilan kamayadi va keyin butunlay yo'qoladi, bu esa uglerodning tugashining belgisi bo'lib xizmat qiladi. jarayon. Olingan po'latda sezilarli miqdorda erigan temir monoksit FeO mavjud bo'lib, bu po'lat sifatini sezilarli darajada pasaytiradi. Shuning uchun, quyishdan oldin po'latni turli oksidlovchi moddalar - ferrosilikon, feromangan yoki alyuminiy yordamida deoksidlash kerak:

2FeO(qattiq) + Si(qattiq) = 2Fe(qattiq) + SiO2(qattiq)

FeO (qattiq) + Mn (qattiq) = Fe (qattiq) + MnO (qattiq)

3FeO(qattiq) + 2Al(qattiq) = 3Fe(qattiq) + Al2O3(qattiq)

Marganets oksidi MnO asosiy oksid sifatida SiO2 bilan reaksiyaga kirishadi va marganets silikat MnSiO3 hosil qiladi, u cürufga aylanadi. Alyuminiy oksidi, bu sharoitda erimaydigan modda sifatida, shuningdek, yuqoriga suzadi va cürufga aylanadi. Oddiyligi va yuqori mahsuldorligiga qaramay, Bessemer usuli hozir unchalik keng tarqalmagan, chunki u bir qator xususiyatlarga ega. muhim kamchiliklar. Shunday qilib, Bessemer usuli uchun quyma temir fosfor va oltingugurtning eng kam miqdoriga ega bo'lishi kerak, bu har doim ham mumkin emas. Ushbu usul bilan metallning juda katta yonishi sodir bo'ladi va po'latning chiqishi quyma temir massasining atigi 90% ni tashkil qiladi, shuningdek, ko'plab deoksidlovchi moddalar iste'mol qilinadi. Jiddiy kamchilik - tartibga solishning mumkin emasligi kimyoviy tarkibi bo'lish.

Bessemer po'lati odatda 0,2% dan kam uglerodni o'z ichiga oladi va sim, murvat va tom yopish temir ishlab chiqarish uchun sanoat temir sifatida ishlatiladi.

Tomas usuli yuqori fosforli (2% gacha yoki undan ko'p) quyma temirni qayta ishlaydi. Ushbu usulning Bessemer usulidan asosiy farqi shundaki, konvertor qoplamasi magniy va kaltsiy oksidlaridan iborat. Bundan tashqari, quyma temirga 15% gacha CaO qo'shiladi. Natijada, cüruf hosil qiluvchi moddalarda asosiy xususiyatlarga ega bo'lgan oksidlarning sezilarli darajada ko'pligi mavjud.

Bunday sharoitda fosforning yonishi paytida paydo bo'ladigan fosfat angidrid P2O5 ortiqcha CaO bilan reaksiyaga kirishib, kaltsiy fosfat hosil qiladi va cürufga kiradi:

4P(s) + 5O2(g) = 2P2O5(s)

P2O5(qattiq) + 3CaO(qattiq) = Ca3(PO4)2(qattiq)

Fosforning yonish reaktsiyasi bu usulda issiqlikning asosiy manbalaridan biridir. 1% fosfor yondirilganda, konvertorning harorati 150 ° C ga ko'tariladi. Oltingugurt cürufga erigan po'latda erimaydigan kaltsiy sulfidi CaS shaklida chiqariladi, bu reaktsiyaga ko'ra eriydigan FeS ning CaO bilan o'zaro ta'siri natijasida hosil bo'ladi:

FeS (suyuq) + CaO (qattiq) = FeO (suyuq) + CaS (qattiq)

Barcha oxirgi jarayonlar Bessemer usuli bilan bir xil tarzda sodir bo'ladi. Tomas usulining kamchiliklari Bessemer usuli bilan bir xil. Tomas po'lat ham past uglerodli bo'lib, sim va tom yopish temir ishlab chiqarish uchun texnik temir sifatida ishlatiladi.

Elektr po'lat ishlab chiqarish jarayoni. Elektr pechlari asosan po'lat va quyma temir qoldiqlarini yuqori sifatli qotishma po'latlarga aylantirish uchun ishlatiladi, masalan. zanglamaydigan po'lat. Elektr pechkasi o'tga chidamli g'isht bilan qoplangan dumaloq chuqur tankdir. Ochiq qopqoq orqali pechka metallolom yuklanadi, keyin qopqoq yopiladi va elektrodlar metallolom bilan aloqa qilguncha undagi teshiklar orqali pechga tushiriladi. Shundan so'ng, oqim yoqiladi. Elektrodlar orasida yoy paydo bo'lib, unda 3000 0C dan yuqori harorat rivojlanadi. Bu haroratda metall eriydi va yangi po'lat hosil bo'ladi. Har bir o'choq yuki 25-50 tonna po'lat ishlab chiqaradi.

Qo'shimcha ishlov berish orqali po'latdan yasalgan mahsulotlarning sifati yaxshilanishi mumkin. Shu maqsadda ular foydalanadilar issiqlik bilan ishlov berish, karburizatsiya, azolatsiya, alitiatsiya va turli xil korroziyaga qarshi qoplamalar.

Shunday qilib, temirni olishning sanoat usuli asosiy hisoblanadi va u laboratoriyaga qaraganda ancha samarali. Juda ko'p .. lar bor sanoat usullari temir olish, ular temir rudalaridan cho'yan eritish va po'latdan quyma temirni eritish natijasida temir ishlab chiqarishga asoslangan. Temir qazib olishning sanoat usullari doimiy ravishda modernizatsiya qilinmoqda va bir usul yangisi bilan almashtirilmoqda.

Temir rudalari Yerda ancha keng tarqalgan. Uralsdagi tog'larning nomlari o'zlari uchun gapiradi: Vysokaya, Magnitnaya, Jeleznaya. Agrokimyogarlar tuproqda temir birikmalarini topadilar.

Temir ko'pchilik jinslarning tarkibiy qismidir. Temir olish uchun tarkibida 30-70% va undan ortiq temir rudalari ishlatiladi.

Asosiy temir rudalari:

Magnetit (magnit temir rudasi) - Fe3O4 72% temirni o'z ichiga oladi, konlar ustida joylashgan Janubiy Ural, Kursk magnit anomaliyasi.

Gematit (temir yorqinligi, qon toshi) - Fe2O3 tarkibida 65% gacha temir mavjud, bunday konlar Krivoy Rog viloyatida joylashgan.

Limonit (jigarrang temir rudasi) - Fe2O3*nH2O tarkibida 60% gacha temir bor, konlar Qrimda uchraydi.

Pirit (oltingugurt pirit, temir pirit, mushuk oltin) - FeS2 taxminan 47% temirni o'z ichiga oladi, konlar Uralsda topilgan.

Temir olish usullari

Hozirda asosiy sanoat jihatdan Temir rudasini qayta ishlash - bu yuqori o'choq usulida cho'yan ishlab chiqarish. Cho'yan - tarkibida 2,2-4% uglerod, kremniy, marganets, fosfor va oltingugurt bo'lgan temir qotishmasi. Keyinchalik, quyma temirning katta qismi po'latga aylanadi. Po'lat cho'yandan asosan uglerodning pastligi (2% gacha), fosfor va oltingugurt bilan farqlanadi.

So'nggi paytlarda rudalardan temirni to'g'ridan-to'g'ri domna jarayonisiz olish usullarini ishlab chiqishga katta e'tibor berilmoqda. 1899 yilda D.I.Mendeleev shunday deb yozgan edi: "Men vaqt o'tishi bilan quyma temirni chetlab o'tib, to'g'ridan-to'g'ri rudalardan temir va po'lat olish yo'llarini izlash uchun yana keladi". Buyuk kimyogarning so'zlari bashoratli bo'lib chiqdi: bunday usullar sanoatda topilgan va amalga oshirilgan.

Dastlab, temirni to'g'ridan-to'g'ri qisqartirish tsement ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan pechlarga o'xshash bir oz eğimli aylanadigan pechlarda amalga oshirildi. Ruda va ko'mir doimiy ravishda o'choqqa yuklanadi, ular asta-sekin qarshi oqimda isitiladigan havo oqimiga o'tadi; Olovli pechda ruda asta-sekin isitiladi (temirning bosim haroratidan past haroratgacha) va kamayadi. Bunday ishlab chiqarish mahsuloti temir va cüruf bo'laklarining aralashmasi bo'lib, uni ajratish oson, chunki temir eritilmaydi.

So'nggi paytlarda rudalardan temirni to'g'ridan-to'g'ri kamaytirishga qiziqish ortdi, chunki u koksni tejashdan tashqari, yuqori toza temir olish imkonini beradi. Sof metallarni olish shulardan biridir eng muhim vazifalar zamonaviy metallurgiya. Bunday metallar ko'plab sanoat tarmoqlariga kerak.

Agar ruda boyitilgan bo'lsa, to'g'ridan-to'g'ri pasaytirish yo'li bilan texnik toza temirni olish mumkin: chiqindi jinslarni ajratish orqali temirning massa ulushini sezilarli darajada oshirish va zararli aralashmalar (oltingugurt va fosfor kabi) miqdorini kamaytirish.

Soddalashtirilgan usulda temir rudasini pasaytirishga tayyorlash jarayonini quyidagicha ifodalash mumkin. Ruda maydalagichlarda maydalanadi va unga beriladi magnit separator. Bu elektromagnitli baraban bo'lib, unga konveyer yordamida maydalangan ruda yuboriladi. Chiqindi jinslar magnit maydon orqali erkin o'tadi va tushadi. Magnit temir minerallarini o'z ichiga olgan ruda donalari magnitlangan, tortilgan va barabandan gangga qaraganda kechroq ajratilgan. Ushbu magnit ajratish bir necha marta takrorlanishi mumkin.

Tarkibida magnetit Fe3O4 bo'lgan rudalar kuchli magnit xususiyatlari. Kuchsiz magnitli rudalar uchun ba'zan boyitishdan oldin magnitlangan qovurish qo'llaniladi - rudadagi temir oksidlarini magnetitga qaytarish:

3Fe2O2 + H2 = 2Fe3O4 + H2O

3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2

Magnit ajratishdan so'ng ruda flotatsiya yo'li bilan boyitiladi. Buning uchun ruda suvli idishga joylashtiriladi, bu yerda flotatsion reagentlar eritiladi - foydali mineral yuzasida tanlab adsorbsiyalangan va chiqindi jinslarda adsorbsiyalanmagan moddalar. Flotatsiya reaktivining adsorbsiyasi natijasida mineral zarralar suv bilan namlanmaydi va cho'kmaydi.

Eritma orqali havo o'tadi, uning pufakchalari mineral bo'laklarga yopishadi va ularni yuzaga ko'taradi. Chiqindi jinslarning zarralari suv bilan yaxshi namlanadi va tubiga tushadi. Boyitilgan ruda ko'pik bilan birga eritma yuzasidan yig'iladi.

Natijada to'liq jarayon boyitish, rudadagi temir miqdorini 70-72% gacha oshirish mumkin. Taqqoslash uchun, sof Fe3O4 oksididagi temir miqdori 72,4% ekanligini ta'kidlaymiz. Shunday qilib, boyitilgan rudadagi aralashmalar miqdori juda kichik. Hozirgi kunga qadar qattiq va gazsimon qaytaruvchi moddalar yordamida rudalardan temirni bevosita olishning yetmishdan ortiq usullari taklif qilingan. Keling, ko'rib chiqaylik sxematik diagrammasi ulardan biri bizning mamlakatimizda qo'llaniladi.

Jarayon ichida amalga oshiriladi vertikal pech, unga yuqoridan boyitilgan ruda, pastdan qaytaruvchi sifatida xizmat qiluvchi gaz beriladi. Bu gaz konversiya yo'li bilan olinadi tabiiy gaz(ya'ni, kislorod yo'qligida tabiiy gazni yoqish orqali). "Kamaytirish" gazida 30% CO, 55% H2 va 13% suv va karbonat angidrid. Shunday qilib, temir oksidi uchun qaytaruvchi moddalar uglerod oksidi (II) va vodoroddir:

Fe2O4 + 4H2 = 3Fe + 4H2O

Fe3O4 + 4CO = 3Fe + 4CO2

Qaytarilish temirning erish nuqtasidan (1539 °) past bo'lgan 850 - 900 ° S haroratda amalga oshiriladi. Temir oksidlari bilan reaksiyaga kirishmagan CO va H2 ulardagi chang, suv va karbonat angidridni olib tashlagach, pechga qaytariladi. Ushbu "ishchi gazlar" hosil bo'lgan mahsulotni sovutish uchun ham xizmat qiladi. Rudani to'g'ridan-to'g'ri pasaytirish jarayoni natijasida temir metall "pelletlar" yoki "g'ubkalar" shaklida olinadi, ularning tarkibida metall miqdori 98 - 99% ga etishi mumkin. Agar po'latni keyingi eritish uchun xom ashyo to'g'ridan-to'g'ri pasaytirish yo'li bilan olingan bo'lsa, unda odatda 90 - 93% temir mavjud.

Texnologiyaning ko'plab zamonaviy tarmoqlari temirni talab qiladi, ko'proq yuqori daraja tozalik. Texnik temirni tozalash karbonil usuli yordamida amalga oshiriladi. Karbonillar - uglerod oksidi (II) CO bilan metall birikmalari. Temir CO bilan o'zaro ta'sir qilganda yuqori qon bosimi va harorat 100-200 °, pentakarbonil hosil qiladi:

Fe + 5SO = Fe(SO)5

Temir pentakarbonil suyuqlikdir, uni distillash orqali aralashmalardan osongina ajratish mumkin. Taxminan 250 ° haroratda karbonil parchalanib, temir kukunini hosil qiladi:

Fe(SO)5 = Fe + 5SO

Olingan kukun vakuum yoki vodorod atmosferasida sinterlangan bo'lsa, natijada 99,98-99,999% temir bo'lgan metall hosil bo'ladi. Zonali eritish usuli yordamida temirni yanada chuqurroq tozalash darajasiga (99,9999% gacha) erishish mumkin.

Yuqori toza temir, birinchi navbatda, uning xususiyatlarini o'rganish uchun kerak, ya'ni. ilmiy maqsadlar uchun. Agar biz sof temir ololmasak, temirning yumshoq, oson ishlov beradigan metall ekanligini bilmas edik. Kimyoviy toza temir sanoat temiriga qaraganda ancha inertdir.

Sof temirdan foydalanish uchun muhim sanoat - bu maxsus ferroqotishmalar ishlab chiqarish bo'lib, ularning xususiyatlari aralashmalar mavjud bo'lganda yomonlashadi.

Jismoniy xususiyatlar oddiy modda bez

Temir odatiy metall bo'lib, uning bo'sh holatida u kumush-oq rangga ega, kulrang tusga ega. Sof metall plastmassa, turli xil aralashmalar (xususan, uglerod) uning qattiqligi va mo'rtligini oshiradi. U aniq magnit xususiyatlarga ega. Ko'pincha "temir triadasi" deb ataladigan narsa ajralib turadi - uch kishilik guruh metallar (temir Fe, kobalt Co, nikel Ni) o'xshash jismoniy xususiyatlar, atom radiuslari va elektronegativlik qiymatlari.

Temir polimorfizm bilan ajralib turadi, u to'rtta kristalli modifikatsiyaga ega:

· 769 °C gacha bo'lgan haroratda?-Fe (ferrit) tanasi markazlashtirilgan kubik panjara va ferromagnitning xususiyatlari (769 °C ? 1043 K - temir uchun Kyuri nuqtasi);

· 769--917 °C harorat oralig'ida?-Fe mavjud bo'lib, qaysi biri?-Fe dan faqat tanaga markazlashtirilgan kubik panjara parametrlari va paramagnitning magnit xossalari bilan farq qiladi;

· 917--1394 °C harorat oralig'ida yuz markazlashtirilgan kub panjarali?-Fe (austenit) mavjud;

· 1394 °C dan yuqori barqaror?-Fe tanasi markazlashtirilgan kubik panjara bilan.

Metallurgiya?-Fe ni alohida bosqich sifatida ajratmaydi va uni turli?-Fe deb hisoblaydi. Temir yoki po'latni Kyuri nuqtasidan yuqori qizdirganda (769 °C ? 1043 K) termal harakat ionlar elektronlarning spin magnit momentlarining yo'nalishini buzadi, ferromagnit paramagnit bo'ladi - ikkinchi tartibli fazali o'tish sodir bo'ladi, lekin asosiy o'zgarish bilan birinchi darajali fazaga o'tish. jismoniy parametrlar kristallar paydo bo'lmaydi.

Sof temir uchun at normal bosim, metallurgiya nuqtai nazaridan quyidagi barqaror o'zgarishlar mavjud:

· dan mutlaq nol tanaga markazlashtirilgan kubik (bcc) kristalli panjara bilan modifikatsiya 910 ° S gacha barqaror;

· 910 dan 1400 ° C gacha, yuz markazlashtirilgan kubik (fcc) kristalli panjara bilan modifikatsiya barqaror;

· 1400 dan 1539 °C gacha, tanaga markazlashtirilgan kubik (bcc) kristall panjara bilan modifikatsiya barqaror.

Polimorfizm hodisasi po'lat metallurgiyasi uchun nihoyatda muhimdir. Aynan rahmatmi?--? Po'latni issiqlik bilan ishlov berish kristall panjara o'tishlarida sodir bo'ladi. Ushbu hodisa bo'lmaganda, temir po'latning asosi sifatida bunday keng tarqalgan foydalanishni olmagan bo'lardi.

Temir o'rtacha darajada o'tga chidamli metalldir. Standart elektrod potentsiallari qatorida temir vodoroddan oldin turadi va suyultirilgan kislotalar bilan oson reaksiyaga kirishadi. Shunday qilib, temir oraliq faoliyat metallariga tegishli.

Kimyoviy toza temirning erish nuqtasi 1539o S. Oksidlanish bilan tozalash natijasida olingan texnik jihatdan toza temir taxminan 1530o S haroratda eriydi.

Temirning erish issiqligi 15,2 kJ/mol yoki 271,7 kJ/kg. Temirning qaynashi 2735 ° C haroratda sodir bo'ladi, ammo ba'zi tadqiqotlar mualliflari temirning qaynash nuqtasi (3227 - 3230 ° C) uchun sezilarli darajada yuqori qiymatlarni aniqlagan. Temirning bug'lanish issiqligi 352,5 kJ/mol yoki 6300 kJ/kg ni tashkil qiladi.