Lớp 9 Hóa học 9

Hợp kim sắt: Gang, thép

I. Hợp kim của sắt

  • Hợp kim là chất rắn thu được sau khi làm nguội hỗn hợp nóng chảy của nhiều kim loại khác nhau hoặc của kim loại và phi kim.
  • Hợp kim của sắt có nhiều ứng dụng là gang và thép.

1. Gang

Gang là hợp kim của sắt với cacbon, trong đó hàm lượng cacbon chiếm từ 2-5%, ngoài ra còn có một lượng nhỏ các nguyên tố khác như Si, Mn, S,... Gang cứng và giòn hơn sắt.

Phân loại gang: gang trắng và gang xám.

+ Gang xám

Chứa nhiều C và S, ít cứng và kém giòn hơn gang trắng, dùng chế tạo máy, ống dẫn nước. Gang xám dùng để đúc bệ máy, ống dẫn nước,…

+ Gang trắng:

Chứa ít C, rất ít Si, chứa nhiều xementit (Fe3C), cứng và giòn, dùng luyện thép. Gang trắng dùng để luyện thép.

Nguyên tắc sản xuất gang: dùng CO khử oxit sắt ở nhiệt độ cao trong lò luyện kim.

2. Thép

Thép là hợp kim của sắt với cacbon và một số nguyên tố khác (C, Mn, S, Si,…), trong đó hàm lượng cacbon chiếm dưới 2%.

Thép có nhiều tính chất lí, hóa quý hơn sắt. Thép được dùng làm vật liệu xây dựng, chế tạo máy, dụng cụ lao động…

Phân loại thép: thép thường và thép đặc biệt

+ Thép thường: chứa rất ít S, P, dùng làm cốt thép (trong bê tông)

+ Thép đặc biệt: chứa thêm các nguyên tố khác như Si, Mn, Cr, Ni, W,… có tính chất cơ học, vật lý rất tốt

Nguyên tắc sản xuất thép: Oxi hóa kim loại, phi kim để loại các nguyên tố X, Si, Mn,… ra khỏi gang.

Câu trắc nghiệm mã số: 17645,17644,17632

II. Sản xuất gang, thép

1. Sản xuất gang

1.1. Nguyên liệu sản xuất gang

Nguyên liệu dùng để sản xuất gang gồm:

Các loại quặng sắt trong tự nhiên (có thành phần chủ yếu là các oxit sắt) gồm quặng manhetit (chứa Fe3O4), quặng hematit (chứa Fe2O3).

Than cốc (than đã được tinh chế).

Không khí giàu oxi.

Đá vôi CaCO3 và một số chất khác,...

1.2. Nguyên tắc sản xuất gang

Dùng cacbon oxit khử oxit sắt ở nhiệt độ cao trong lò luyện kim (lò cao).

1.3. Quá trình sản xuất gang trong lò luyện kim (lò cao).

Đầu tiên, quặng, than cốc, đá vôi có kích cỡ vừa phải được đưa vào lò cao qua miệng lò và xếp thành từng lớp xen kẽ nhau. Sau đó không khí nóng được thổi từ hai bên lò từ dưới lên. Oxi trong không khí tác dụng với than cốc tạo thành khí CO.

Phản ứng tạo thành khí CO:

C + O2 \overset{t^{o} }{\rightarrow} CO2

C + CO2 \overset{t^{o} }{\rightarrow} 2CO

Dùng CO khử quặng sắt ở phần thân lò, phần giữa thân lò nhiệt độ khoảng 500-600oC

3CO + Fe2O3 \overset{t^{o} }{\rightarrow} 2Fe + 3CO2

4CO + Fe3O4 \overset{t^{o} }{\rightarrow} 3Fe + 4CO2

Sắt nóng chảy hòa tan một ít cacbon và một số nguyên tố khác tạo thành gang lỏng chảy xuống nồi lò và được đưa ra ngoài qua cửa tháo gang.

Phản ứng tạo xỉ: ở phần bụng lò, nhiệt độ khoảng 1000oC: đá vôi bị phân hủy thành CaO, kết hợp với SiO2 có trong quặng tạo thành xỉ.

CaCO3 \overset{t^{o} }{\rightarrow} CaO + CO2

CaO + SiO2  \overset{t^{o} }{\rightarrow} CaSiO3

Xỉ nhẹ nổi lên trển và được đưa ra ở cửa tháo xỉ. Khí tạo thành trong lò cao được thoát ra ở phía trên gần miệng lò.

2. Sản xuất thép

2.1. Nguyên liệu sản xuất thép

Nguyên liệu chính để sản xuất thép bao gồm: Gang trắng hoặc gang xám, sắt phế liệu và khí oxi, chất chảy CaO.

2.2. Nguyên tắc sản xuất thép

Oxi hóa các tạp chất C, S, Si, P, Mn,… có trong gang thành oxi rồi biến thành xỉ để giảm hàm lượng cacbon trong gang xuống dưới 2% và tách ra ngoài. Sản phẩm thu được là thép.

2.3. Quá trình sản xuất thép

Thép được sản xuất trong các lò luyện thép, thí dụ lò Bet-xơ-me.

Thổi khí oxi vào lò đựng gang nóng chảy ở nhiệt độ cao.

Khi đó, khí oxi sẽ oxi hóa các nguyên tố C, S tạo thành các chất khí và sẽ tách khỏi gang.

C + O2 \overset{t^{o} }{\rightarrow} CO2↑

S + O2 \overset{t^{o} }{\rightarrow} SO2↑

Những nguyên tố như Si, P sẽ phản ứng với oxi tạo thành các oxit không bay hơi. Những oxit này sẽ tác dụng với CaO tạo thành xỉ và nổi trên bề mặt thép lỏng và tách ra khỏi thép.

Si + O2 \overset{t^{o} }{\rightarrow} SiO2

SiO2 + CaO → CaSiO3

P + O2 \overset{t^{o} }{\rightarrow} P2O5

P2O5 + CaO → Ca3(PO4)2

Cuối cùng thu được sản phẩm là thép.

Câu trắc nghiệm mã số: 17652,17650,17649,17648
  • 1.642 lượt xem
Sắp xếp theo
🖼️
Xóa Gửi bình luận

Hóa học 9