Извлечение железа из руд, обогащение, восстановление и производство железа

| 2 октября, 2021 | Химия

Железо — самый важный металл в тяжелой промышленности, железо — четвертый по распространенности элемент в земной коре после кислорода , кремния и алюминия, поскольку он составляет (5,1%) от массы земной коры, и эта масса постепенно увеличивается по мере приближения к В центре Земли железо встречается только в виде чистого металла (90%) в метеоритах.

Железо ( 26 Fe: ( 18 Ar), 4S 2 , 3d 6 ) находится в земной коре в виде природных руд, которые содержат различные оксиды железа, смешанные с примесями, такими как кремнезем (SiO 2 ), (Al 2 O 3 ). , CaO и MgO, а также некоторые вредные примеси, такие как s, p и As . Пригодность руды для извлечения железа с экономической точки зрения зависит от трех факторов, а именно:

  • Процентное содержание железа в руде.
  • Состав примесей в руде.
  • Тип вредных элементов, смешанных с рудой: сера (S), фосфор (P), мышьяк (As) и другие.

Руда — гематит, химическое название — оксид железа III, химическая формула — Fe 3 O 4 , имеет кроваво-красный цвет, легче восстанавливается, железо — 50-60%, место залежей — район Оазиса (западный пустыня) и западной части Асуана.

Руда — лимонит, химическое название — гидратированный оксид железа III, химическая формула — 2Fe 2 O 3. 3H 2 O, имеет желтый гидратированный оксид и легко восстанавливается, железо составляет от 20 до 60%, место залегания — Район оазиса.

Руда — магнетит, химическое название — магнитный оксид железа, химическая формула — Fe 3 O 4 , это черная руда, обладающая магнитными свойствами, содержание железа составляет 45-70%, место залежей — Восточная пустыня.

Руда — сидерит, химическое название — карбонат железа II, химическая формула — FeCO 3 , имеет желтовато-серый цвет и легко восстанавливается. Содержание железа составляет 30-42%.

Магнетит представляет собой соединение, которое ведет себя как смесь двух оксидов: FeO (оксид железа II, степень окисления железа = +2), Fe 2 O 3 (оксид железа III, степень окисления железа = +3), поэтому Степень окисления Fe в Fe 3 O 4 составляет (+2, +3). Магнитный оксид железа является смешанным оксидом, потому что, когда он реагирует с конц. кислоты, образуются два типа солей.

Fe 3 O 4 + 8 HCl → FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4 H 2 O

Извлечение железа из руд

Извлечение железа или его металлургия — это процесс получения этого металла в форме, в которой он может быть использован на практике, и этот процесс извлечения состоит из трех этапов: обогащения руды, восстановления руд и производства железа.

Обогащение руды

Целью обогащения руды является повышение концентрации железа в руде путем удаления нежелательных примесей и улучшения свойств руды, что помогает на последовательных стадиях добычи. Процесс обогащения руды осуществляется для улучшения физических и механических свойств руды. железная руда и включает процессы дробления, спекания, очистки и обогащения руды.

Процесс дробления используется для получения железной руды небольшого размера, которая может быть легко восстановлена. Процесс спекания используется для получения мелких частиц железной руды большого размера. получается руда, которую нельзя использовать непосредственно в высокопроизводительной печи, эти частицы необходимо обрабатывать, чтобы собрать их в большем размере, чтобы они были похожими и однородными, и этот процесс называется спеканием.

Процесс спекания — это процесс обработки мелких частиц железной руды, полученных в процессе дробления или в очистной печи, для сбора их большего размера, чтобы они были похожими и однородными частицами, пригодными для процесса восстановления.

Процесс очистки и концентрирования — это процесс правильного использования поверхностного натяжения, магнитной или электрической сепарации для удаления нежелательных примесей, которые химически объединяются или смешиваются с рудой для увеличения процентного содержания железа в руде.

Процесс обогащения руды также проводится для улучшения химических свойств руды путем обжига. Это означает сильное нагревание вещества на воздухе для сушки руды, удаление влаги, преобразование железной руды в оксид, увеличение доли железа в руде. , окисление некоторых вредных примесей как (S и P).

2 FeCO 3  → 2 FeO + 2 CO 2

2 FeO + ½ O 2 → Fe 2 O 3

2 Fe 2 O 3. 3H 2 O → 2 Fe 2 O 3 + 3H 2 O

Окисление некоторых примесей, таких как сера и фосфор

S + O 2 → SO 2

4 P + 5 O 2 → 2 P 2 O 5

Обжиг — это процесс сильного нагрева железной руды в сухом воздухе для сушки руды и удаления влаги. Он используется для увеличения процентного содержания железа в руде и для окисления некоторых примесей, таких как сера и фосфор.

Обжиг железа очень важен в процессе обогащения руды, но этот процесс загрязняет окружающую среду. Обогащение железной руды важно для железных руд перед их восстановлением, чтобы удалить большинство примесей и улучшить физико-химические свойства руды.

Очень важно обработать железную руду перед восстановлением, так как обогащение железной руды улучшает физические, механические и химические свойства руды и делает ее пригодной для легкого и эффективного восстановления . Исчезновение блеска куска железа при нагревании. потому что железо имеет тенденцию образовывать слой оксида железа на своей поверхности после нагрева.

Восстановление железных руд

Процесс восстановления — это процесс восстановления оксидов железа до железа с помощью монооксида углерода, образующегося из кокса в доменной печи, или смесью газообразного оксида углерода и водорода (водяной газ), образующегося из природного газа в печи Midrex.

На этом этапе восстановление оксидов железа до железа осуществляется одним из двух методов в зависимости от восстановителя, которым могут быть:

  • Газ CO, образующийся из кокса в доменной печи.
  • Смесь (CO + H 2), полученная из природного газа, как в печи Midrex.

Снижение за счет использования окиси углерода, образующегося из кокса в доменной печи

С + О 2 → СО 2

СО 2 + С → 2 СО

3 CO + Fe 2 O 3 → 2 Fe + 3 CO 2

Печь Мидрекса для получения Губчатого железа

Восстановление Fe 2 O 3 с использованием смеси окиси углерода и водорода (водяной газ), которая производится из природного газа (93% метана ) в печи Midrex для производства губчатого железа. Губчатое железо — это железо, смешанное с примесями, где оно производится из печи midrex и имеет отверстия, похожие на отверстия в губке.

2CH 4 + CO 2 + H 2 O → 3 CO + 5 H 2

3 CO + 2 Fe 2 O 3 + 3 H 2 → 4 Fe + 3CO 2 + 3H 2 O

Производство железа

После восстановления железной руды в доменной печи или печи Midrex, третьем этапе, на котором производится производство различных типов чугуна, например чугуна и стали, сталелитейная промышленность зависит от двух основных процессов:

  1. Удаление нежелательных примесей из железа, возникающих в восстановительных печах.
  2. Добавление некоторых элементовв железо для производства стали с требуемыми свойствами для промышленных целей.

Производство стали может быть организовано одной из следующих печей: кислородные конвертеры, мартеновская печь, электропечь.