Úvod

Výroba železa z rudy probíhá redoxní reakcí ve vysoké peci. Pec je nahoře naplněna oxidem železné rudy, nejčastěji hematitem (\(Fe_2O_3\)), ale může to být i magnetit (\(Fe_3O_4\)), uhlíkem zvaným koks a vápencem (\(CaCO_3\)). Pro účely této diskuse bude uveden oxid železné rudy hematit (\(Fe_2O_3\)). Jen na okraj, hematit získal svůj název z řeckého slova znamenajícího krev, a to kvůli barvě jedné z forem jeho prášku. Staří Řekové věřili, že velká ložiska hematitu vznikla v důsledku bitev, které se odehrály, a krev z těchto bitev vytekla do země.

Pro zahájení procesu se do spodní části pece vhání horký vzduch, který pomáhá vytvářet velké rozdíly teplot, přičemž spodní teplota je 2273 K a horní 473 K. Množství kyslíku je přísně kontrolováno, takže hlavním produktem je oxid uhelnatý, jak je znázorněno na obrázku:

\

Podobně se uhlík i oxid uhelnatý podílejí na redukci oxidu železitého (III) za vzniku nečistého kovu, jak je znázorněno na obrázku:

\

\

Jednou z nejzajímavějších částí této redoxní reakce je, že většina vzniklého oxidu uhličitého se při kontaktu s nespáleným koksem sama redukuje a vytváří další redukční činidlo. Jak proces pokračuje, roztavené železo proudí pecí dolů a shromažďuje se na dně, odkud je odváděno otvorem v boku. Po ochlazení je nečisté železo křehké a v některých případech měkké v důsledku přítomnosti drobných nečistot, jako je síra a fosfor.

Takto se nečisté železo přicházející ze dna pece dále čistí. Nejběžnější metodou je základní kyslíková pec. V peci se do nečistého železa vhání kyslík. To je nezbytné, protože kyslík oxiduje fosfor a síru, které jsou uvedeny v následujících redoxních reakcích:

\

\

Kyslíky buď unikají jako plyny, nebo reagují se zásaditými oxidy, které se přidávají nebo používají k vyzdění pece. Tento závěrečný krok čištění odstraní většinu nečistot a výsledkem je běžná uhlíková ocel. Železo se tedy získává procesem oxidace-redukce

.