Produkcja żelaza polega na redukcji związków żelaza zawartych w rudachrudarudach tego pierwiastka, do których zaliczamy:

• magnetyt – tlenek żelaza($\text{II}$, $\text{III}$) ${\text{Fe}}_3{\text{O}}_4$;

• hematyt – tlenek żelaza ($\text{III}$) ${\text{Fe}}_2{\text{O}}_3$;

• limonit – $\text{FeO}\left(\text{OH}\right)$;

• piryt – siarczek żelaza($\text{II}$) ${\text{FeS}}_2$;

• syderyt – węglan żelaza($\text{II}$) ${\text{FeCO}}_3$.

R15ZFzbdfeLoF

Ilustracja przedstawia kamienie magnetytu. Kamienie mają czarnozielone kolory, metaliczny połysk.

RlxoY53z2B0DO

Ilustracja przedstawia kamień pirytu. Posiada on złoty kolor, metaliczny połysk i nieregularny kształt.

RREucdcUrvtyM

Ilustracja przedstawia kryształy syderytu. Minerał ma żółtobrunatny kolor i nieregularny kształt.

Proces redukcji związków żelaza przeprowadza się w wielkim piecu. Przez górny otwór  – gardziel – podawane są rudy żelaza, topnikitopnikitopniki i kokskokskoks. Ten ostatni jest reduktorem związków żelaza i dostarcza energii. Topniki przyspieszają i ułatwiają proces przetopu złoża rudy – łącząc się ze skałą płonną, tworzą żużelżużelżużel wielkopiecowy. W dolnej części wielkiego pieca (gar) znajdują się otwory, przez które okresowo spuszcza się ciekłą surówkęsurówkasurówkę i żużel. Górną częścią pieca wydostaje się gaz wielkopiecowy, zawierający składniki palne.

Wielki piec to piec szybowy do wytapiania surówki, ze wsadu składającego się z rudy żelaza z dodatkiem koksu i topników.

Niektóre reakcje zachodzące w piecu to:

Wielki piec pracuje w sposób ciągły: jest opróżniany i załadowywany w regularnych odstępach czasu. Surówka otrzymana w wielkim piecu zawiera: około $4\%$ węgla, $3\%$ krzemu, $6\%$ manganu, $2\%$ fosforu oraz $\mathrm{0,05}\%$ siarki. W zależności od sposobu chłodzenia w procesie wielkopiecowym, można otrzymać dwa rodzaje surówki – białą i szarą – różniące się składem chemicznym. Z surówki białej wywarza się stal, natomiast surówka szara przerabiana jest na żeliwo:

• surówka biała – szybkie chłodzenie, surówka w postaci cementytu ${\text{Fe}}_3\text{C}$;

• surówka szara – chłodzenie powolne, surówka w postaci krystalicznych ziaren czystego żelaza, ferrytu oraz płatków grafitu.

Stal to stop żelaza z węglem o zawartości $2\%$ (oraz z niewielkimi ilościami innych pierwiastków, które mogą wpływać na właściwości stali). Stale otrzymuje się z surówki poprzez obniżenie zawartości węgla, przy jednoczesnym usunięciu zanieczyszczeń w postaci siarki i fosforu, jako pierwiastków niekorzystnych.

R1IV351ectkmb

Ilustracja przedstawia stalowe rurociągi zamontowane pod sufitem i na ścianach pewnego pomieszczenia.

Żeliwo jest to wysokowęglowy stop żelaza z węglem, zazwyczaj także z: krzemem, manganem, fosforem, siarką i innymi składnikami. Zawiera od $\mathrm{2,11}$ do $\mathrm{6,67}\%$ węgla w postaci cementytu (${\text{Fe}}_3\text{C}$) lub grafitu. Występowanie konkretnej fazy węgla zależy od szybkości chłodzenia i składu chemicznego stopu. Żeliwo otrzymuje się przez przetapianie surówki z dodatkami złomu stalowego lub żeliwnego w piecach zwanych żeliwniakami.

R1GZYKGDIE9sa

Ilustracja przedstawia czarną patelnię o wysokich ścianach i dużej powierzchni.

R17IgynFGOTg1

Ilustracja przedstawia most żeliwny. W tle znajdują się budynki mieszkalne, pod mostem płynie rzeka.

Słownik

Bibliografia

Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 1987.

Bielański A., Chemia ogólna i nieorganiczna, Warszawa 1977.

Bogdańska Zarembina A., Matusewicz E. I., Matusewicz J., Chemia dla szkół średnich, Warszawa 1995.

Kaczyński J., Czaplicki A., Chemia ogólna, Warszawa 1974.

Litwin M., Styka – Wlazło S., Szymońska J., Chemia ogólna i nieorganiczna, Warszawa 2016.

Łabecki L., Łabecka M. Jak to działa? Podręcznik z ćwiczeniami do zajęć praktycznych, Warszawa 2011.

Rutkowski M., Żelazne łąki, „Wiedza i Życie”, nr 5, 2001.