trong công nghiệp , gang được sản xuất từ quặng sắt (thường là quặng hematit với thành phần chính là fe2o3), than cốc và chất tạo xỉ như caco3, sio2,...Các nguyên tố này được nghiền sơ bộ rồi đưa vào q...

a. Tại sao lại nghiền sơ bộ và cách nạp liệu vào lò cao?

Nghiền sơ bộ:
Việc nghiền nhỏ quặng sắt, than cốc và đá vôi giúp tăng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa các chất phản ứng. Điều này làm tăng tốc độ phản ứng hóa học, giúp quá trình sản xuất diễn ra nhanh hơn và hiệu quả hơn.
Nghiền nhỏ cũng giúp đảm bảo sự phân bố đồng đều của các nguyên liệu trong lò cao, tạo điều kiện cho phản ứng xảy ra đồng đều.
Nạp liệu từ trên xuống, thổi khí nóng từ dưới lên:
Nạp liệu từ trên xuống:
Tận dụng trọng lực để các nguyên liệu từ từ di chuyển xuống lò, tạo điều kiện cho các phản ứng xảy ra tuần tự theo từng vùng nhiệt độ khác nhau trong lò.
Giúp cho nguyên liệu có đủ thời gian để tiếp xúc với khí CO (chất khử) sinh ra từ than cốc, đảm bảo quá trình khử oxit sắt diễn ra hoàn toàn.
Thổi khí nóng từ dưới lên:
Khí nóng cung cấp nhiệt lượng cần thiết cho các phản ứng hóa học xảy ra trong lò cao.
Luồng khí nóng đi ngược chiều với dòng nguyên liệu giúp tăng cường sự tiếp xúc giữa khí CO và quặng sắt, nâng cao hiệu quả khử.
giúp cho CO đi qua toàn bộ nguyên liệu trong lò cao.
b. Các giai đoạn chính và phương trình phản ứng:

Giai đoạn 1: Tạo khí CO (khí khử)
Than cốc cháy trong không khí nóng tạo ra CO2:
C(r) + O2(k) → CO2(k)
CO2 tiếp tục phản ứng với than cốc dư tạo ra CO:
CO2(k) + C(r) → 2CO(k)
Giai đoạn 2: Khử oxit sắt
CO khử Fe2O3 thành Fe ở các vùng nhiệt độ khác nhau:
3Fe2O3(r) + CO(k) → 2Fe3O4(r) + CO2(k)
Fe3O4(r) + CO(k) → 3FeO(r) + CO2(k)
FeO(r) + CO(k) → Fe(r) + CO2(k)
Giai đoạn 3: Tạo xỉ
Đá vôi CaCO3 bị phân hủy thành CaO:
CaCO3(r) → CaO(r) + CO2(k)
CaO kết hợp với SiO2 và các tạp chất khác tạo thành xỉ:
CaO(r) + SiO2(r) → CaSiO3(r)
c. Tính toán khối lượng quặng sắt:

Tính khối lượng Fe trong 10 tấn gang:
Gang chứa 4% C và tạp chất, nên hàm lượng Fe là 100% - 4% = 96%.
Khối lượng Fe: 10 tấn x 96% = 9,6 tấn.
Tính khối lượng Fe2O3 cần thiết:
Fe2O3 chứa 2 nguyên tử Fe, nên tỉ lệ khối lượng Fe/Fe2O3 là: (2 x 56) / 160 = 0,7.
Khối lượng Fe2O3 cần thiết: 9,6 tấn / 0,7 = 13,71 tấn.
Tính khối lượng quặng sắt cần thiết (đã tính đến tạp chất):
Quặng sắt chứa 64% Fe2O3, nên khối lượng quặng cần thiết là: 13,71 tấn / 64% = 21,42 tấn.
Tính khối lượng quặng sắt cần thiết (tính đến hiệu suất 87,5%):
Khối lượng quặng sắt thực tế cần dùng là: 21,42/87,5% = 24,48 tấn.