Inleiding

Bij de productie van ijzer uit erts wordt een redox-reactie uitgevoerd in een hoogoven. De oven is aan de bovenkant gevuld met het oxide van het ijzererts, meestal hematiet (Fe_2O_3), maar het kan ook magnetiet (Fe_3O_4), koolstof, cokes genaamd, en kalksteen (CaCO_3) bevatten. In deze bespreking zal het ijzererts hematiet (Fe_2O_3) worden getoond. Hematiet dankt zijn naam aan het Griekse woord dat bloedachtig betekent, vanwege de kleur van een van zijn poedervormen. De oude Grieken geloofden dat grote afzettingen hematiet werden gevormd door gevechten die werden uitgevochten en dat het bloed van deze gevechten in de grond vloeide.

Om het proces te beginnen wordt onderaan de oven hete lucht naar binnen gestuwd, waardoor een groot temperatuurverschil ontstaat met onderaan 2273 K en bovenaan 473 K. De hoeveelheid zuurstof wordt strikt gecontroleerd zodat koolmonoxide het belangrijkste produkt is, zoals te zien is:

Zo ook dragen koolstof en koolmonoxide beide bij tot de reductie van het ijzer(III)oxide om het onzuivere metaal te verkrijgen, zoals te zien is:

Een van de interessantste onderdelen van deze redox-reactie is dat het grootste deel van het gevormde kooldioxide zelf gereduceerd wordt wanneer het in contact komt met de onverbrande cokes en meer reductiemiddel produceert. Terwijl het proces voortgaat, stroomt het gesmolten ijzer door de oven naar beneden en verzamelt zich op de bodem, waar het door een opening in de zijkant wordt afgevoerd. Wanneer het afkoelt is het onzuivere ijzer bros en in sommige gevallen zacht door de aanwezigheid van de kleine onzuiverheden, zoals zwavel en fosfor.

Hierom wordt het onzuivere ijzer dat van de bodem van de oven komt verder gezuiverd. De meest gebruikte methode is de oxystaaloven. In de oven wordt zuurstof in het onzuivere ijzer geblazen. Dit is van vitaal belang omdat de zuurstof de fosfor en zwavel oxideert die in de volgende redoxreacties voorkomen:

De oxiden ontsnappen als gassen of reageren met basische oxiden die worden toegevoegd of gebruikt om de oven te bekleden. Deze laatste zuiveringsstap verwijdert veel van de onzuiverheden en het resultaat is gewoon koolstofstaal. IJzer wordt dus verkregen door het proces van oxidatie-reductie.