Bài : Sản xuất gang thép

Bài :
Kiểm tra bài cũ :
Mỗi học sinh trả lời 2 câu hỏi trắc nghiệm với thời gian 30 giây cho 1 câu, sau đó giải thích vì sao chọn đáp án đúng.
Viết phương trình ph?n ?ng (nếu có).
Câu hỏi 1 : Một loại quặng chứa sắt trong tự nhiên đã được loại bỏ tạp chất. Hòa tan quặng này trong dung dịch axit nitric thấy có khí màu nâu bay ra, dung dịch thu được cho tác dụng với dung dịch bari clorua thấy có kết tủa trắng (không tan trong axit). Hãy cho biết tên và thành phần hóa học của quặng.
A. Pirit FeS2.
B. Hematit Fe2O3.
C. Manhetit Fe3O4.
D. Xiderit FeCO3.
Câu A

Câu hỏi 2 :Cho oxit sắt vào dung dịch H2SO4 loãng lượng vừa đủ. Dung dịch thu được không thể hòa tan Cu. Oxit sắt là :
A. Fe2O3.
B. FeO
C. Fe3O4.
D. Không có đáp án đúng
Câu B

I/ Sắt trong tự nhiên :
Một số quặng sắt quan trọng là :
Quặng sắt trong tự nhiên
CuFeS2
Pyrit sắt (FeS2)
+ Quặng Hêmatit đỏ : Fe2O3, hêmatit nâu : Fe2O3.nH2O
+ Quặng manhêtit : Fe3O4 là quặng giàu sắt nhất nhưng ít có trong tự nhiên
+ Quặng xiderit : FeCO3
+ Quặng pirit : FeS2 có nhiều trong tự nhiên (có S dùng để sản xuất H2SO4)
Quặng sắt có giá trị sản xuất gang là manhêtit và hêmatit
II/ Sản xuất gang :
1. Nguyên liệu :
a) Quặng sắt : Chứa ít nhất 30% Fe, không chứa S
b) Than cốc : điều chế từ than mỡ hoặc than gầy
c) Chất chảy : tùy thuộc nguyên liệu
+ Quặng lẫn oxit axit (SiO2) : dùng CaCO3
+ Quặng lẫn oxit bazơ (CaO, MnO) : dùng SiO2
2. Nguyên tắc : Khử oxit sắt bằng CO ở nhiệt độ cao (phương pháp nhiệt luyện)
Fe2O3 ? Fe3O4 ? FeO ? Fe
+3 +8/3 +2 0
3. Các phản ứng hóa học : (Cơ sở hóa học)
(Xem sơ đồ cấu trúc và hoạt động của lò cao )
(Các phản ứng xảy ra trong của lò cao )
+ Phản ứng tạo chất khử : Thổi không khí nóng (khoảng 600 - 800oC) qua ống gió ở phía trên nồi lò :
800 - 900oC
C + O2
Nhiệt lượng tỏa ra làm tăng nhiệt độ của lò cao
CO2 + Q
CO2 + C
2CO - Q
1800 - 1900oC
+ Phản ứng khử oxit sắt : thực hiện ở thân lò
Fe2O3 + CO
Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO
3
2
FeO + CO2
FeO + CO
3
Fe + CO2
+ Phản ứng tạo gang :
3Fe + C = Fe3C
xementit (gang) có nhiệt độ nóng chảy nhỏ hơn nhiệt độ nóng chảy của Fe
to
Ngoài ra các tạp chất SiO2, MnO, P2O5 cũng bị khử tạo thành Mn, Si, P tan trong gang nóng chảy (tạp chất có ích) ; S là tạp chất có hại (nhiều S thì gang giòn nên chọn nguyên liệu có ít hoặc không có S)
MnO + C = Mn + CO
SiO2 + 2C = Si + 2CO
P2O5 + 5C = 2P + 5CO
to
to
to
+ Phản ứng tạo xỉ :
* Chất chảy là CaCO3 :
CaCO3 = CaO + CO2
CaO + SiO2 = CaSiO3
6CaO + 2P2O5 = 2Ca3(PO4)2
to
* Chất chảy là SiO2 :
SiO2 + MnO = MnSiO3
to
to
CaSiO3, Ca3(PO4)2 là xỉ, dễ nóng chảy, nhẹ hơn sắt nổi lên trên tách ra bảo vệ gang không bị oxi hóa bởi không khí. Sau một thời gian người ta tháo gang và xỉ ra khỏi lò.
to
Câu hỏi 1 :Gang và thép là những hợp kim của sắt, có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và đời sống. Gang và thép có những điểm khác biệt nào sau đây ?
A. Hàm lượng cacbon trong gang cao hơn trong thép.
B. Thép dẻo và bền hơn gang.
C. Gang giòn và cứng hơn thép.
D. Tất cả đều đúng.
Câu D

Câu hỏi 2 :Phát biểu nào sau đây sai ?
A. Gang là hợp kim của sắt có hàm lượng C (2-5%), Si, Mn, P, S.
B. Thép là hợp kim sắt cacbon có hàm lượng C (0,01-2%) và lượng rất ít các nguyên tố Si, Mn, S, P
C. Gang thép đều là hợp kim Fe - C
D. Các phát biểu trên đều sai.
Câu D

I. Nguyên liệu :
Gang trắng, gang xám, sắt thép phế liệu
II. Nguyên tắc :
Oxi hóa các tạp chất trong gang (Si, Mn, S, P, C.) thành oxit rồi loại chúng ra khỏi gang dưới dạng khí hoặc xỉ.
III. Các phản ứng hóa học :
+ Phản ứng tạo thép : Không khí giàu oxi hoặc oxi sẽ lần lượt oxi hóa các tạp chất trong gang nóng chảy
Si, Mn bị oxi hóa trước
Sau đó đến C
Si + O2 = SiO2
2Mn + O2 = 2MnO
C + O2 = CO
2CO + O2 = 2CO2
CO cháy tạo ngọn lửa dài ở miệng lò
Tiếp theo đến S
to
to
to
to
S + O2 = SO2
và P 4P + 5O2 = 2P2O5
to
to
Cuối cùng một phần sắt bị oxi hóa
2Fe + O2 = 2FeO ngừng nén khí vào lò,
Cho vào lò một ít gang giàu Mn có hai tác dụng :
to
+ Mn khử FeO thành Fe :
Mn + FeO = MnO + Fe
+ Gia tăng một lượng cacbon vào sắt nóng chảy thu được thép có hàm lượng cacbon như ý.
+ Phản ứng tạo xỉ :
CaO + SiO2 = CaSiO3
3CaO + P2O5 = Ca3(PO4)2
MnO + SiO2 = MnSiO3
to
to
to
IV. Các phương pháp luyện gang thành thép :
1/ Phương pháp Betxơme :
Rót gang nóng chảy vào lò, sau đó nén không khí (hoặc oxi) vào lò với áp suất cao.
+ Ưu điểm :
- Thời gian luyện một mẻ thép nhanh (15 phút), khối lượng lớn
- Thiết bị đơn giản, vốn đầu tư không lớn.
- Không cần nhiên liệu.
+ Nhược điểm :Thời gian chuyển gang thành thep quá nhanh nên không luyện được thép có thành phần như ý.
- Chất lượng thép không cao vì không loại được S, thép lẫn một ít O, N nên giòn.
2/ Phương pháp Mactanh :
Nạp vào lò gang, sắt thép phế liệu, chất chảy. Đốt lò bằng dầu mazut (hoặc khí đốt) với không khí nóng giàu oxi.
+ Ưu điểm :
- Tận dụng sắt thép phế liệu.
- Luyện được thép chất lượng cao có thành phần như ý.
- Khối lượng mỗi mẻ thép khá lớn (100 - 200 tấn).
+ Nhược điểm :
- Tiêu hao nhiên liệu.
- Thời gian luyện mỗi mẻ thép khá dài (10 - 12 giờ).
3/ Phương pháp lò điện :
Nhiệt lượng trong lò sinh ra do hồ quang điện sinh ra giữa các điện cực và gang nóng chảy. Nhiệt độ cao, dễ điều chỉnh.
+ Ưu điểm :Luyện được những loại thép đặc biệt chứa các kim loại khó nóng chảy như vonfam (W : 3350oC), molipden (Mo : 2620oC), crom (Cr : 1890oC). và không chứa các tạp chất có hại như S, P.
+ Nhược điểm : Dung tích nhỏ, khối lượng mỗi mẻ thép không lớn.
Câu hỏi 1 :Phương pháp nào có thể luyện được những loại thép có chất lượng cao và tận dụng sắt thép phế liệu ?
A. Phương pháp Mactanh (lò bằng).
B. Phương pháp Betxơme (lò thổi oxi)
C. Phương pháp lò hồ quang điện.
D. Phương pháp Mactanh và lò hồ quang điện.
Câu A