Chemie verstehen 4, Schülerbuch

56 4  Arbeitsheft-Seite 28–29 Eisen und Stahl 1. Woraus wird Eisen gewonnen? In der Natur kommt Eisen meistens in Verbindung mit Sauerstoff (Oxide) oder Schwefel (Sulfide) und als Salz der Kohlensäure (Carbonate) vor. Eisenerze sind Minerale mit mehr als 20% Eisengehalt. Spateisenstein aus der Steiermark enthält bis zu 40% Eisen, Magneteisenstein aus Schweden enthält ca. 75% Eisen. 2. Wie wird Roheisen aus Erzen gewonnen? Professor Flints Minihochofen (Abb. 56.4)  E1 Fülle ein Reagenzglas (Duran 16/160) mit 6 cm Natriumpercarbonat, 1 cm Tonscherben, 1 cm Aktivkohle-Körnern, 1 cm Eisenoxid-Körnern (rotes Eisenoxid mit Tapetenkleister) und 5 cm Aktivkohle-Körnern. Verschließe mit Glaswolle. Erhitze das Eisenoxid-Kohle-Gemenge bis zur Rotglut. Dann erhitzt du die Natriumpercarbonatfüllung. Das entweichende O 2 -Gas reagiert mit der Kohle zu CO. Das Eisenoxid glüht auf und wird zu Eisen reduziert. Erhitze, bis das Glühen aufhört! Lass das Glas abkühlen, zerschlage es vorsichtig und ziehe das Eisen mit einem Magneten aus der Kohle. Ähnliche Vorgänge wie bei V1 gibt es im Hochofen (Abb. 56.2). Im unteren Teil des Hochofens wird Koks mit heißer Luft zu CO 2 verbrannt. Beim Aufsteigen wird CO 2 durch heißen Koks fast vollständig zu CO reduziert. CO und Kohlenstoff reduzieren Eisenoxid zu Eisen (Reduktionszone). Das noch feste Eisen nimmt Kohlenstoff vom Koks, aber auch zB Silicium, Schwefel und Phosphor aus den Begleitstoffen auf (Kohlungszone). Der Schmelzpunkt des Eisens sinkt hier von 1 536 °C auf 1 200 °C. In der Schmelzzone sammelt sich üssiges Roheisen und darüber die üssige Schlacke. Roheisen wird auch nach dem in Österreich entwickelten COREX -Verfahren erzeugt. Dabei entsteht Roheisen aus Eisenerzen mit nicht verkokter Kohle und reinem Sauerstoff (Abb. 56.3). 56.1 Abbau von Eisenerz im Tagbau Eisenerze zur Gewinnung von Roheisen sind: Magneteisenstein (Magnetit, Fe 3 O 4 ), Roteisenstein (Hämatit, Fe 2 O 3 ), Brauneisenstein (Limonit) und Spateisenstein (Siderit, FeCO 3 ). M V1 56.4 Professor Flints Minihochofen: Eisenoxid wird durch CO zu Eisen reduziert. Reagen glas Duran Glaswolle Aktivkohle Eisenoxid Aktivkohle Tonscherben Natriumpercarbonat Eisenerz Koks 200°C 500°C 900°C 1000°C 1400°C 1800°C 2000°C Schlacke Roheisen Abstich Schmelzzone Koks verbrennt zu CO 2 , CO 2 wird zu CO reduziert Kohlungszone Eisen nimmt Kohlenstoff auf Schmelzpunkt sinkt auf 1200°C Wind eingeblasene Heißluft ca. 1300°C C + O 2 CO 2 , CO 2 + C 2 CO Roheisen schmilzt dadurch. Reduktionszone Reduktion der Eisenoxide 2 Fe + 3 CO 2 Fe 2 O 3 + 3 CO Vorwärmzone Vorwärmen undTrocknen der Ausgangsstoffe und Zuschläge Zuschläge (zB Kalkstein) binden unerwünschte Stoffe und bilden die Schlacke Gichtgas (N 2 , CO, CO 2 …) zum Aufheizen der Luft 56.2 Schemabild eines Hochofens Wichtige Vorgänge im Hochofen zur Roheisengewinnung sind: a) Koks verbrennt zu CO 2 : C + O 2 CO 2 b) Kohlenstoffdioxid wird zu CO reduziert: CO 2 + C 2 CO c) Eisenoxid wird zu Eisen reduziert: Fe 2 O 3 + 3 CO 2 Fe + 3 CO 2 M Erz Kohle Abgase Sauerstoff Roheisen Einschmelz- vergaser Reduktions- gas (CO+H 2 ) Reduktionsofen 56.3 Schema des COREX-Verfahrens 56.5 Hochofenanlage in Linz (VOEST) Film 4c9x9d Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv