الحديد ( Fe ) :
الموقع : يقع
الحديد في الدورة الرابعة في السلسلة الإنتقاليةالأولى في المجموعة الثامنة الإنتقالية
.
علل : يعتبر
الحديد من أكثر الفلزات الإنتقاليةأستخداما ؟
ü وذلك لوفرته النسبية وسهولة
إستخلاصه من خاماته .
علل : يتم
إضافة كميات قليلة من الكربون وبعض الفلزات الى الحديد النقي ؟
ü وذلك للحصول على
سبائك الفولاذ القوية ( لان الحديد النقي ليس قاسيا جدا ) .
خامات الحديد :
علل لما
ياتي:
1-
جميع خامات الحديد لا تتفق في خواصها ؟
ü
نظرا لاختلافها في التركيب الكيميائي والمعدني .
2-
تختلف أنواع الحديد ( الزهر , الصلب , المطاوع ) في خواصها ؟
ü
بسبب إختلافها في نسبة الكربون والشوائب الأخرى .
هناك عدة
أنواع من الخامات في الطبيعة التي تعتبر
مصدرا رئيسيا للحصول على الحديد منها .
جدول : يوضح أهم خامات الحديد
وجه المقارنة
|
أكسيد الحديد المغناطيسي
|
أكسيد الحديد اللامائي
|
أكسيد الحديد المائي
|
اللون
|
رمادي مائل للسواد
|
أحمر
|
أصفر
|
التسمية
|
الماجنيتايت
|
الهيماتيت
|
اللليمونايت
|
الرمز
|
Fe3O4 أو
( FeO , Fe2O3)
|
Fe2O3
|
Fe2O3 .nH2O
|
عدد تأكسد الحديد فيه
|
+2 , +3
|
+3
|
+3
|
نسبة الحديد في الخام
|
40 – 70 %
|
45 – 50%
|
نسبة الحديد 57,14 %
نسبة الماء 25,53 %
|
توجد
خامات أخرى للحديد مثل البيريت رمزه FeS2, خامة أخرى تسمى السيدريت ورمزه FeCO3
علل لما
يأتي :
1- لا يحضر الحديد من
الماجنتيت بالرغم من ارتفاع نسبة الحديد فيه ؟
ü
وذلك لأن عملية اختزاله ليست سهلة .
2- استخراج الحديد من
الهيماتيت يعد إقتصاديا ؟
ü
بسبب سهولة إستخلاصه من خاماته
تعدين الحديد : هي
عملية إستخلاص الحديد من خاماته باستخدام الفرن اللافح
|
ý
يستخلص الحديد من خاماته بعملية تسمى الإختزال
علل : يستخلص الحديد من خاماته بعملية الإختزال بواسطة الفرن اللافح وليس
بالتحليل الكهربي ؟
ü
وذلك لسهولة إختزال أيوناته بالعوامل المختزلةولان جهد أختزاله
أعلى من جهد الفلزات النشطة ( الصوديوم والالومنيوم ) والتي تختزل خاماتها
بالتحليل الكهربي وأقل من جهد إختزال الهيدروجين في السلسلة الكهروكيميائية.
الفرن
اللافح : هو بناء رأسي كبير
من الصلب يبطن بالطوب الحراري ؟ علل
ü
لكي يتحمل درجة الحرارة العالية دون أن ينصهر .
عملية
إختزال الحديد في الفرن اللافح ( العالي ) :
1-
يضاف إلى الفرنمن الفتحة العلوية مزيج من الخامات تسمى الشحنة .
2-
يدفع إلى داخل الفرن هواء ساخن مضغوظ أو أكسجين نقي .
3-
يتفاعل الأكسجين مع فحم الكوك مكونا غاز ثاني أكسيد الكربون
C + O2 →
CO2 ∆H = -394 Kj/ mole
ونتيجة
لهذا التفاعل تنطلق كمية كبيرة من الحرارة ( أسفل الفرن ) تؤدي الى رفع درجة
الحرارة الى ما يقارب 1900مْ .
4-
يختزل فحم الكوك غاز ثاني أكسيد الكربون في وسط الفرن إلى غاز أول
أكسيد الكربون وهو العامل المختزل الأساسي في الفرن
C + CO2 → 2CO
∆H = +173 KJ/mole
المعادلات الكيميائية لعملية إختزال خام الحديد في الفرن :
يتم
إختزال خام الحديد الهيماتيتFe2O3
بواسطة غاز أول أكسيد الكربون على مراحل تعتمد على درجة الحرارة كما يلي :
3Fe2O3 + CO
→ 2Fe3O4 +
CO2↑
Fe3O4 +
CO →
3FeO + CO2↑
FeO
+ CO → Fe
+ CO2↑
|
الحجر
الجيري CaCO3
الجير
الحي ( أكسيد قاعدي ) CaO
العامل
المختزل الفعال في الفرن CO
|
سؤال : ما الدور الذي يقوم به الحجر الجيري CaCO3 في الفرن اللافح ؟
الجواب : يزود الفرن بوسط قاعدي تتفاعل معه الأكاسيد الحامضية مثل SiO2 , P2O5 أو الأكاسيد الأمفوتيرية مثل Al2O3مكونا الخبث .
§
يتفكك الحجر الجيري عند درجات الحرارة المرتفعة إلى أكسيد الكالسيوم
وثاني أكسيد الكربون , كما في المعادلة ألآتية :
CaCO3 →
CaO + CO2↑
§
يتحد أكسيد الكالسيوم مع الأكاسيد الحامضية و الأكاسيد الأمفوتيرية
مكونا الخبث كما في المعادلات الآتية :
CaO + SiO2 →
CaSiO3
3CaO + P2O5 →
Ca3(PO4)2
CaO + Al2O3 → Ca(AlO2)
تعريفات :
v
الشحنة : هي
خليط من المواد المتفاعلة التي تضاف من الفتحة العلوية للفرن ( خام الحديد + فحم الكوك + الحجر الجيري ) .
v
الخبث : هو
ناتج ثانوي من الفرن عند استخلاص الحديد ويستخدم في صناعة الإسمنت .
أو الخبث: هو طبقة هشة تطفو فوق مصهور
الحديد في الفرن اللافح ويستخدم في صناعة الإسمنت
.
v
الحديد الفضي : هو الحديد السائل الذي يتم سحبه من الفرن العالي . ويتكون من 95 % حديد , 4% من الكربون , مع بعض الكميات
الضئيلة من السليكون والمنجنيز والكبريت والفوسفور .
سؤال : ما الدور الذي يقوم به كل مما يلي في الفرن اللافح ؟
أول
أكسيد الكربون : هو
العامل المختزل الفعال في الفرن يختزل خام الهيماتيت الى فلز الحديد .
الخبث : يطفو فوق سطح مصهور الحديد ويحميه من الأكسدة .
فحم
الكوك : يتفاعل مع
الأكسجين مكونا ثاني أكسيد الكربون ثم يختزله الى أول أكسيد الكربون
( العامل المختزل الأساسي في الفرن ).
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق