Wprowadzenie

Produkcja żelaza z jego rudy polega na reakcji redoks przeprowadzanej w wielkim piecu. Piec wypełniony jest od góry tlenkiem rudy żelaza, najczęściej hematytem (Fe_2O_3), ale może być też magnetyt (Fe_3O_4), węglem zwanym koksem i wapieniem (CaCO_3). Na potrzeby tej dyskusji przedstawiony zostanie tlenek rudy żelaza – hematyt (Fe_2O_3). Na marginesie, Hematyt otrzymał swoją nazwę od greckiego słowa oznaczającego krew, ze względu na kolor jednej z form jego proszku. Starożytni Grecy wierzyli, że duże złoża hematytu powstały z bitew, które zostały stoczone, a krew z tych bitew spłynęła do ziemi.

Aby rozpocząć proces, podmuch gorącego powietrza jest wtłaczany na dole pieca, który pomaga stworzyć dużą zmienność temperatury z dołu 2273 K i góry 473 K. Ilość tlenu jest ściśle kontrolowana, tak że tlenek węgla jest głównym produktem, jak pokazano na rysunku:

Podobnie węgiel i tlenek węgla przyczyniają się do redukcji tlenku żelaza (III), dając czysty metal, jak pokazano na rysunku:

Jedną z najbardziej interesujących części tej reakcji redoks jest to, że większość utworzonego dwutlenku węgla sama ulega redukcji, gdy wchodzi w kontakt z niespalonym koksem i wytwarza więcej czynnika redukującego. W trakcie tego procesu stopione żelazo spływa w dół przez piec i zbiera się na dnie, skąd jest usuwane przez otwór z boku. Po ochłodzeniu nieczyste żelazo jest kruche, a w niektórych przypadkach miękkie ze względu na obecność drobnych zanieczyszczeń, takich jak siarka i fosfor.

Tak więc nieczyste żelazo pochodzące z dna pieca jest dalej oczyszczane. Najczęstszą metodą jest podstawowy piec tlenowy. W piecu tym do nieczystego żelaza wdmuchiwany jest tlen. Jest to bardzo ważne, ponieważ tlen utlenia fosfor i siarkę w następujących reakcjach redoks:

Tlenki albo ulatniają się jako gazy, albo reagują z tlenkami zasadowymi, które są dodawane lub używane do wyłożenia pieca. Ten ostatni etap oczyszczania usuwa znaczną część zanieczyszczeń i w rezultacie powstaje zwykła stal węglowa. Tak więc żelazo jest otrzymywane w procesie utleniania-redukcji.

.