Esittely
Raudan valmistukseen malmista liittyy masuunissa tapahtuva hapetusreaktio. Uuni täytetään yläosastaan rautamalmin oksidilla, useimmiten hematiitilla (\(Fe_2O_3\)), mutta se voi olla myös magnetiittia (\(Fe_3O_4\)), hiiltä, jota kutsutaan koksiksi ja kalkkikiveksi (\(CaCO_3\)). Tässä keskustelussa esitetään rautamalmin oksidi hematiitti (\(Fe_2O_3\)). Sivuhuomautuksena mainittakoon, että hepatiitti on saanut nimensä kreikankielisestä sanasta, joka tarkoittaa verta muistuttavaa jauheen erään muodon värin vuoksi. Muinaiset kreikkalaiset uskoivat, että suuret hematiittikerrostumat muodostuivat taisteluista, joita käytiin ja joiden veri virtasi maahan.
Prosessin aloittamiseksi uunin alareunaan puhalletaan kuumaa ilmaa, joka auttaa luomaan suuren lämpötilavaihtelun siten, että alareunan lämpötila on 2273 K ja yläreunan 473 K. Näin saadaan aikaan suuri lämpötilaero. Hapen määrää kontrolloidaan tarkasti niin, että hiilimonoksidi on päätuote, kuten kuvassa on esitetty:
\
Hiili ja hiilimonoksidi osallistuvat molemmat rauta(III)oksidin pelkistämiseen, jolloin saadaan epäpuhdas metalli, kuten kuvassa on esitetty:
\
\
Yksi mielenkiintoisimmista osista tässä redox-reaktiossa on se, että suurin osa muodostuvasta hiilidioksidista pelkistyy itse joutuessaan kosketuksiin palamattoman koksin kanssa ja tuottaa lisää pelkistävää ainetta. Prosessin jatkuessa sula rauta virtaa alaspäin uunin läpi ja kerääntyy pohjalle, josta se poistetaan sivussa olevan aukon kautta. Jäähtyessään epäpuhdas rauta on haurasta ja joissakin tapauksissa pehmeää pienten epäpuhtauksien, kuten rikin ja fosforin, vuoksi.
Siten uunin pohjasta tuleva epäpuhdas rauta puhdistetaan edelleen. Yleisin menetelmä on perushappi-uuni. Uunissa puhalletaan happea epäpuhtaan raudan sisään. Tämä on elintärkeää, koska happi hapettaa fosforia ja rikkiä, jotka näkyvät seuraavissa redox-reaktioissa:
\
\
Oksidit joko poistuvat kaasuina tai reagoivat emäksisten oksidien kanssa, joita lisätään tai käytetään uunin vuoraamiseen. Tämä viimeinen puhdistusvaihe poistaa suuren osan epäpuhtauksista, ja tuloksena on tavallinen hiiliteräs. Rautaa saadaan siis hapettumis-pelkistymisprosessin avulla.