लोहा (इस्पात) कैसे प्राप्त होता है तथा किससे बनता है? लोहा - तत्व की एक सामान्य विशेषता, लोहे और उसके यौगिकों के रासायनिक गुण।

लोहे की तुलना में बहुत पहले, लोगों ने खनन करना सीख लिया था। ठीक 450 साल पहले, स्पेनवासी, जो मध्य और में उतरे थे दक्षिण अमेरिका, वहां विशाल सार्वजनिक भवनों, महलों और मंदिरों वाले समृद्ध शहरों की खोज की। हालाँकि, यह पता चला कि भारतीयों को अभी तक लोहे का ज्ञान नहीं था। उनके औज़ार और हथियार केवल पत्थर के बने होते थे।

इतिहास से ज्ञात होता है कि मिस्र, मेसोपोटामिया और चीन के लोग 3-4 हजार वर्ष ईसा पूर्व थे। इ। विशाल उत्पादन किया निर्माण कार्यशक्तिशाली नदियों की शक्ति का दोहन करना और पानी को खेतों की ओर निर्देशित करना। इन सभी कार्यों के लिए कई उपकरणों की आवश्यकता होती थी - गैंती, कुदाल, हल और खानाबदोशों के छापे से बचाने के लिए कई हथियारों - तलवार और तीर की आवश्यकता होती थी। उसी समय, तांबे और टिन का खनन इतना अधिक नहीं किया गया था। इसलिए, उत्पादन के विकास के लिए एक नई धातु की आवश्यकता थी, जो प्रकृति में अधिक सामान्य हो। इस धातु की खोज आसान नहीं थी: लौह अयस्क धातु से बहुत कम समानता रखते हैं, और प्राचीन काल में, निश्चित रूप से, किसी व्यक्ति के लिए यह अनुमान लगाना मुश्किल था कि उनमें वह धातु थी जिसकी उसे ज़रूरत थी। इसके अलावा, यह अपने आप में बहुत नरम है; यह उपकरणों और हथियारों के निर्माण के लिए एक खराब सामग्री है।

जब तक कोई व्यक्ति अयस्कों से लोहा निकालना और उससे लोहा बनाना नहीं सीख गया, तब तक बहुत समय बीत चुका था।

यह संभव है कि विनिर्माण के लिए सामग्री के रूप में लोहे की पहली खोज हुई हो विभिन्न वस्तुएँलोहे के उल्कापिंडों की खोज से जुड़ा हुआ है, जिसमें निकेल के मिश्रण के साथ देशी लोहा शामिल है। शायद, यह देखकर कि उल्कापिंड लोहे में कैसे जंग लगती है, लोगों ने अनुमान लगाया कि लोहा पीले मिट्टी वाले गेरू में निहित है, जो अक्सर पृथ्वी की सतह पर पाए जाते हैं, और फिर लोहे को गलाने के तरीकों की खोज की।

ऐतिहासिक आंकड़ों के अनुसार लगभग एक हजार वर्ष ई.पू. इ। असीरिया, भारत, उरारतु और कुछ अन्य देशों में वे पहले से ही जानते थे कि लोहा कैसे निकालना और संसाधित करना है। इसका उपयोग उपकरण और विभिन्न हथियार बनाने के लिए किया जाता था। 7वीं शताब्दी में ईसा पूर्व इ। कृषि आबादी, जो नीपर के किनारे और काला सागर के मैदानों में रहती थी, ने भी कुशलता से लोहा निकाला। इससे, सीथियनों ने चाकू, तलवारें, तीर-कमान, भाले और अन्य सैन्य और घरेलू सामान बनाए।

लोहे का निष्कर्षण और प्रसंस्करण की कला पूरे प्राचीन रूस में व्यापक थी।

लोहार, जिन्हें उन दिनों लोकप्रिय रूप से "चालाक" कहा जाता था, न केवल संसाधित करते थे, बल्कि आमतौर पर स्वयं अयस्कों से लोहा निकालते थे। उनका बहुत सम्मान किया जाता था। लोक कथाओं में, लोहार सर्प गोरींच को हराता है, जो बुरी ताकतों का प्रतीक था, और कई अन्य वीरतापूर्ण कार्य करता है।

लोहा एक नरम धातु है जो फोर्जिंग के लिए अच्छी तरह से उपयुक्त है, लेकिन अंदर शुद्ध फ़ॉर्मऔजारों के निर्माण के लिए अनुपयुक्त। अन्य पदार्थों के साथ लोहे की मिश्रधातु ही उसे बताती है आवश्यक गुणकठोरता सहित. के लिए सबसे महत्वपूर्ण है राष्ट्रीय अर्थव्यवस्थालौह और कार्बन की दो मिश्रधातुएँ - कच्चा लोहा 2% से अधिक (6% तक) कार्बन युक्त, और इस्पात 0.03 से 2% तक कार्बन युक्त।

प्राचीन समय में लोगों को कच्चे लोहे के बारे में कोई जानकारी नहीं थी, लेकिन उन्होंने लोहे से स्टील बनाना सीख लिया। उन्होंने आदिम फोर्जों में मिश्रण करके लोहे को गलाया लौह अयस्कचारकोल के साथ. उन्होंने साधारण ब्लोइंग धौंकनी का उपयोग करके लौह एज़ अयस्क को गलाने के लिए आवश्यक उच्च तापमान प्राप्त किया। उन्हें पहले हाथों से और बाद में पानी की शक्ति से पनचक्कियाँ स्थापित करके चालू किया गया। लौह अयस्क को गलाने के बाद, दानेदार लोहे का एक पापयुक्त द्रव्यमान प्राप्त होता था, जिसे बाद में निहाई पर जाली बना दिया जाता था।

लोहे से स्टील प्राप्त करने के लिए, जाली लोहे की पतली पट्टियों को चारकोल से ढक दिया जाता था और कई दिनों तक कोयले के साथ कैलक्लाइंड किया जाता था। बेशक, इस तरह से बहुत कम स्टील प्राप्त होता था, और यह महंगा था। इस्पात निर्माण के रहस्यों को अत्यंत सख़्ती से रखा गया। वह विशेष रूप से प्रसिद्ध थी दमिश्क स्टील- बुलट, - प्राप्त करने की विधि, जाहिरा तौर पर, प्राचीन भारतीय स्वामी द्वारा विकसित की गई थी, और फिर अरब स्वामी द्वारा इसमें महारत हासिल की गई।

हालाँकि, लौह अयस्क के प्रसंस्करण और इस्पात बनाने की इन सभी विधियों से बहुत कम धातु का उत्पादन हुआ। इसकी लगातार बढ़ती आवश्यकता ने लोगों को अधिक मात्रा में धातु प्राप्त करने के लिए नए तरीकों की तलाश करने के लिए मजबूर किया। 14वीं सदी के अंत में - 15वीं सदी की शुरुआत में, अधिक धातु प्राप्त करने के लिए लोहे को गलाने की भट्टियाँ पहले से ही 2-3 मीटर ऊँची बनाई जाने लगीं। इन भट्टियों में गलाने वाले उस्तादों ने देखा कि कुछ गलाने में असफलता मिली। भट्टी में लोहे के स्थान पर लोहे जैसा द्रव्यमान बन गया, जो ठंडा होने पर एक भंगुर, अविस्मरणीय पदार्थ देता था। लेकिन, लोहे और स्टील के विपरीत, इस द्रव्यमान में एक उल्लेखनीय गुण था: इसे भट्ठी में तरल के रूप में पिघली हुई अवस्था में प्राप्त किया जाता था, इसे भट्ठी के छिद्रों के माध्यम से छोड़ा जा सकता था और उसमें से डाला जा सकता था। अलग अलग आकार. यह कच्चा लोहा था.

बेशक, पुराने दिनों में, धातुकर्मी यह समझाने में सक्षम नहीं थे कि कुछ मामलों में भट्ठी में पापयुक्त निंदनीय लोहा क्यों निकला, और अन्य में - तरल कच्चा लोहा। एक विज्ञान के रूप में रसायन विज्ञान उन दिनों अस्तित्व में नहीं था, और लोहा बनाने वाले किसी भी उस्तादों को यह नहीं पता था कि गलाने के दौरान भट्ठी में प्रवेश करने वाले अयस्क, कोयले और हवा के अनुपात में पूरी चीज़ शामिल थी। भट्ठी में जितनी अधिक हवा (अधिक सटीक रूप से, ऑक्सीजन) डाली जाएगी, उतना अधिक कार्बन जल जाएगा और यह कार्बन डाइऑक्साइड में बदल जाएगा, जो वाष्पित हो जाएगा, और लोहे में थोड़ा कार्बन रहेगा: इस तरह स्टील प्राप्त होता है। यदि हवा कम हो तो बहुत सारा कार्बन लोहे में घुल जाता है: कच्चा लोहा बनता है।

बहुत जल्दी, लोगों ने कच्चा लोहा का उपयोग न केवल ढलाई के लिए, बल्कि इससे लचीला लोहा बनाने के लिए भी करना सीख लिया। ऐसा करने के लिए, कच्चे लोहे के एक टुकड़े को भट्टियों में गर्म किया गया और इस तरह उसमें से अतिरिक्त कार्बन जल गया।

18वीं सदी में भाप इंजन और करघे का आविष्कार और विशेषकर भवन निर्माण रेलवेवी प्रारंभिक XIXवी भारी मात्रा में धातु की मांग की। फिर, लोहे और इस्पात के उत्पादन में मूलभूत परिवर्तन की आवश्यकता थी।

1784 तक, इंग्लैंड में, कॉर्ट ने तथाकथित ज्वाला या प्रतिध्वनि भट्टियों में कच्चे लोहे के प्रसंस्करण की शुरुआत की। इस प्रक्रिया को नाम दिया गया है पोखर. वे प्रतिध्वनि भट्टी में लकड़ी के स्थान पर उपयोग करने लगे। उपयोग सख़्त कोयलापिघलते समय कोयले में मौजूद सल्फर हस्तक्षेप करता था। कोयले के संपर्क में आने पर यह लोहे में प्रवेश कर जाता है। और गंधक युक्त लोहा गर्म होते ही भंगुर हो जाता था।

एक प्रतिध्वनि भट्टी में, फायरबॉक्स को स्नान से एक दहलीज द्वारा अलग किया जाता है जहां कच्चा लोहा पिघलाया जाता है, और इस प्रकार कोयला सीधे संपर्क में नहीं आता है। कच्चा लोहा भट्ठी से गुजरने वाली लौ और गर्म हवा से गर्म होता है और भट्ठी की छत से परावर्तित होता है। कच्चा लोहा बनाने की विधि में सुधार के साथ-साथ इस्पात बनाने की नई विधियों की खोज भी तेज़ हो गई।

दमिश्क स्टील - डैमस्क स्टील - बनाने का रहस्य प्रसिद्ध रूसी धातुविद् पावेल पेट्रोविच एनोसोव द्वारा खोजा गया था, जिन्होंने 19 वीं शताब्दी के पूर्वार्द्ध में ज़्लाटौस्ट मेटलर्जिकल प्लांट में काम किया था। उन्होंने ग्रेफाइट, जो कि कार्बन भी है, के साथ छोटे क्रूसिबल में लोहे को पिघलाया, और एक अद्भुत दमिश्क स्टील प्राप्त किया। इस स्टील से बना क्लिच सबसे मजबूत अंग्रेजी स्टील से भी अधिक मजबूत था, जो उस समय दुनिया में सबसे अच्छा माना जाता था।

1856 में, अंग्रेज इंजीनियर बेसेमर ने पिघले हुए कच्चे लोहे के माध्यम से "नोजल" ​​- रिटॉर्ट के तल में छेद - में हवा भरने का सुझाव दिया, जिसके कारण, 10-20 मिनट में, सभी अतिरिक्त कोयला कार्बन डाइऑक्साइड में बदल गया, और कच्चा लोहा स्टील में.

बाद में, परावर्तक भट्टियों में स्टील को पिघलाने की एक विधि को बुलाया गया खुली भट्ठी. खुली चूल्हा प्रतिध्वनि भट्टियाँ पुरानी प्रतिवर्ती भट्टियों की तुलना में बहुत बेहतर हैं। खुली चूल्हा भट्टियों के विशेष उपकरणों में - पुनर्योजी - कोयले से प्राप्त वायु और दहनशील गैस को 1000 ° तक पहले से गरम किया जाता है। तापन एक ही भट्टी से निकलने वाली ग्रिप गैसों की गर्मी के कारण होता है। गैस और हवा का ताप लगभग 1800 ° के तापमान के विकास (गैस दहन के दौरान) में योगदान देता है। यह लोहे और स्टील के स्क्रैप को पिघलाने के लिए पर्याप्त है।

विशेष रूप से उच्च गुणवत्ता वाले स्टील को अब बिजली की भट्टियों में गलाया जाता है, जहां धातु को वोल्टाइक आर्क में पिघलाकर प्राप्त किया जाता है, जिसका तापमान 3000 ° तक पहुंच जाता है। इलेक्ट्रिक गलाने का लाभ यह है कि धातु हानिकारक अशुद्धियों से दूषित नहीं होती है, जो पारंपरिक भट्टियों में जलाए जाने वाले ईंधन गैसों में हमेशा मौजूद रहती हैं।

कच्चा लोहा ब्लास्ट फर्नेस में गलाया जाता है। सहायक उपकरणों सहित आधुनिक ब्लास्ट फर्नेस की ऊंचाई 40 मीटर या उससे अधिक होती है। लौह अयस्क के गलनांक को कम करने के लिए इसे मिलाया जाता है फ्लक्स, या टिन हिरण, एक ऐसा पदार्थ है जो कुछ के साथ मिलकर बनता है घटक भागअयस्क, एक संगल्य स्लैग बनाता है। आमतौर पर फ्लोरस्पार या फ्लोराइट आदि का उपयोग फ्लक्स के रूप में किया जाता है। अयस्क और फ्लक्स के मिश्रण को कहा जाता है शुल्क. मिश्रण को एक अन्य भट्टी में डाला जाता है, जिसमें कोक मिलाया जाता है, जो जलने पर पूरे मिश्रण को गर्म और पिघला देता है। कोक सामान्य रूप से तभी जलता है जब उसमें 600-850° तक पहले से गरम हवा डाली जाए। स्टील टावरों में ब्लास्ट फर्नेस से निकलने वाली गैसों से हवा गर्म होती है - cauiopax, - अंदर ईंटों से पंक्तिबद्ध।

भट्ठी के सबसे निचले हिस्से में, लाल-गर्म, गर्म हवा के साथ मिलकर, जलता है। इससे कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) उत्पन्न होता है। जैसे ही यह ऊपर उठता है, यह एक अन्य गैस - कार्बन मोनोऑक्साइड (सीओ) में बदल जाता है, जो उच्च रासायनिक गतिविधि की विशेषता है।

कार्बन मोनोऑक्साइड लालचपूर्वक आयरन ऑक्साइड से ऑक्सीजन छीन लेता है। इस प्रकार, कार्बन युक्त धात्विक लोहा निकलता है, टी। पिग आयरन, जो फिर ब्लास्ट फर्नेस के निचले हिस्से में प्रवाहित होता है। समय-समय पर इसे भट्ठी में एक विशेष छेद के माध्यम से छोड़ा जाता है, और यह सांचों में प्रवाहित होता है, जहां यह ठंडा होता है।

आयरन परमाणु संख्या 26 के साथ रासायनिक तत्वों की आवधिक प्रणाली की चौथी अवधि के आठवें समूह के द्वितीयक उपसमूह का एक तत्व है। इसे प्रतीक Fe (लैटिन फेरम) द्वारा नामित किया गया है। पृथ्वी की पपड़ी में सबसे आम धातुओं में से एक (एल्यूमीनियम के बाद दूसरा स्थान)।
सरल पदार्थ लोहा (सीएएस संख्या: 7439-89-6) उच्च रासायनिक प्रतिक्रियाशीलता वाली एक निंदनीय चांदी-सफेद धातु है: लोहा उच्च तापमान या तापमान पर जल्दी से संक्षारित हो जाता है। उच्च आर्द्रताहवा में। शुद्ध ऑक्सीजन में, लोहा जलता है, और सूक्ष्म रूप से बिखरी हुई अवस्था में, यह हवा में स्वतः ही प्रज्वलित हो जाता है।
वास्तव में, लोहे को आमतौर पर अशुद्धियों की कम सामग्री (0.8% तक) के साथ इसके मिश्र धातु कहा जाता है, जो शुद्ध धातु की कोमलता और लचीलापन बनाए रखता है। लेकिन व्यवहार में, कार्बन के साथ लोहे की मिश्रधातुओं का अधिक उपयोग किया जाता है: स्टील (2.14 wt.% कार्बन तक) और कच्चा लोहा (2.14 wt.% कार्बन से अधिक), साथ ही मिश्रधातु के अतिरिक्त स्टेनलेस (मिश्र धातु) स्टील धातुएँ (क्रोमियम, मैंगनीज, निकल, आदि)। लोहे और उसके मिश्रधातुओं के विशिष्ट गुणों का संयोजन इसे मनुष्यों के लिए महत्वपूर्ण "धातु नंबर 1" बनाता है।
प्रकृति में, लोहा अपने शुद्ध रूप में बहुत कम पाया जाता है, अधिकतर यह लौह-निकल उल्कापिंडों के हिस्से के रूप में होता है। पृथ्वी की पपड़ी में लोहे की व्यापकता 4.65% (O, Si, Al के बाद चौथा स्थान) है। यह भी माना जाता है कि पृथ्वी की कोर का अधिकांश भाग लोहे से बना है।

नाम की उत्पत्ति

स्लाव शब्द "आयरन" की उत्पत्ति के कई संस्करण हैं (बेलारूसी ज़ेलेज़ो, यूक्रेनी ज़ेलेज़ो, पुराना स्लाविक ज़ेलेज़ो, बल्गेरियाई ज़ेलेज़ो, सर्बो-चोर्वियन ज़ेलेज़ो, पोलिश ज़ेलेज़ो, चेक ज़ेलेज़ो, स्लोवेनियाई ज़ेलेज़ो)।
व्युत्पत्तियों में से एक प्रस्लाव को जोड़ती है। *ज़ेलेज़ो ग्रीक शब्द χαλκός से है, जिसका अर्थ लोहा और तांबा होता है, एक अन्य संस्करण के अनुसार *ज़ेलेज़ो सामान्य सेम "पत्थर" के साथ *ज़ेली "कछुआ" और *ग्लेज़ो "रॉक" शब्दों से संबंधित है। तीसरा संस्करण किसी अज्ञात भाषा से प्राचीन उधार लेने का सुझाव देता है।
रोमांस भाषाएँ (इतालवी फेरो, फ्रेंच फेर, स्पेनिश हिएरो, पोर्ट फेरो, रम फिएर) जारी हैं। फेरम. लैटिन फेरम (जर्मनिक भाषाओं ने सेल्टिक से लोहे का नाम (गॉथिक ईसारन, अंग्रेजी आयरन, जर्मन ईसेन, डच इजर, डेनिश जर्न, स्वीडिश जर्न) उधार लिया था।
प्रो-सेल्टिक शब्द *इसार्नो- (> ओई इर्न, ओई ब्रेट। होइर्न) संभवतः प्रोटो-आईई पर वापस जाता है। *h1esh2r-no- अर्थ विकास के साथ "खूनी" "खूनी" > "लाल" > "लोहा"। एक अन्य परिकल्पना के अनुसार, यह शब्द प्रा-अर्थात् पर वापस जाता है। *(H)ish2ro- "मजबूत, पवित्र, अलौकिक शक्ति रखने वाला।"
प्राचीन ग्रीक शब्द σίδηρος को उसी स्रोत से उधार लिया गया होगा जिससे चांदी के लिए स्लाविक, जर्मनिक और बाल्टिक शब्द उधार लिए गए थे।
प्राकृतिक लौह कार्बोनेट (सिडेराइट) का नाम लैट से आया है। सिडेरेस - तारों वाला; वास्तव में, पहला लोहा जो लोगों के हाथ लगा वह उल्कापिंड मूल का था। शायद यह संयोग आकस्मिक नहीं है. विशेष रूप से, लोहे के लिए प्राचीन ग्रीक शब्द साइडरोस (σίδηρος) और लैटिन सिडस जिसका अर्थ है "तारा" की उत्पत्ति एक समान होने की संभावना है।

रसीद

उद्योग में, लोहा लौह अयस्क से प्राप्त होता है, मुख्यतः हेमेटाइट (Fe 2 O 3) और मैग्नेटाइट (FeO·Fe 2 O 3) से।
अयस्कों से लोहा निकालने के विभिन्न तरीके हैं। सबसे आम डोमेन प्रक्रिया है.
उत्पादन का पहला चरण 2000 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर ब्लास्ट फर्नेस में कार्बन के साथ लोहे की कमी है। ब्लास्ट फर्नेस में, कोक के रूप में कार्बन, सिंटर या छर्रों के रूप में लौह अयस्क, और फ्लक्स (जैसे चूना पत्थर) को ऊपर से खिलाया जाता है और नीचे से इंजेक्ट की गई गर्म हवा की धारा से मिलता है।
भट्ठी में, कोक के रूप में कार्बन को कार्बन मोनोऑक्साइड में ऑक्सीकृत किया जाता है। यह ऑक्साइड ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में दहन के दौरान बनता है। बदले में, कार्बन मोनोऑक्साइड अयस्क से लोहे को पुनः प्राप्त करता है। इस प्रतिक्रिया को तेज़ करने के लिए गर्म कार्बन मोनोऑक्साइड को आयरन (III) ऑक्साइड के माध्यम से प्रवाहित किया जाता है। खनन किए जा रहे अयस्क में अवांछित अशुद्धियों (मुख्य रूप से सिलिकेट; उदाहरण के लिए क्वार्ट्ज) से छुटकारा पाने के लिए फ्लक्स मिलाया जाता है। एक विशिष्ट फ्लक्स में चूना पत्थर (कैल्शियम कार्बोनेट) और डोलोमाइट (मैग्नीशियम कार्बोनेट) होते हैं। अन्य फ्लक्स का उपयोग अन्य अशुद्धियों को खत्म करने के लिए किया जाता है।
फ्लक्स (इस मामले में, कैल्शियम कार्बोनेट) का प्रभाव यह है कि जब इसे गर्म किया जाता है, तो यह अपने ऑक्साइड में विघटित हो जाता है। कैल्शियम ऑक्साइड सिलिकॉन डाइऑक्साइड के साथ मिलकर एक स्लैग - कैल्शियम मेटासिलिकेट बनाता है। सिलिकॉन डाइऑक्साइड के विपरीत, स्लैग को भट्टी में पिघलाया जाता है। लोहे से भी हल्का, धातुमल सतह पर तैरता है - यह गुण आपको धातु से धातुमल को अलग करने की अनुमति देता है। इसके बाद स्लैग का उपयोग निर्माण में किया जा सकता है कृषि. ब्लास्ट फर्नेस में प्राप्त पिघले हुए लोहे में काफी मात्रा में कार्बन (कच्चा लोहा) होता है। ऐसे मामलों को छोड़कर, जब कच्चा लोहा सीधे उपयोग किया जाता है, तो इसे आगे की प्रक्रिया की आवश्यकता होती है।
अतिरिक्त कार्बन और अन्य अशुद्धियाँ (सल्फर, फॉस्फोरस) खुली चूल्हा भट्टियों या कन्वर्टर्स में ऑक्सीकरण द्वारा कच्चे लोहे से हटा दी जाती हैं। विद्युत भट्टियों का उपयोग मिश्र धातु इस्पात को गलाने के लिए भी किया जाता है।
डोमेन प्रक्रिया के अतिरिक्त, प्रक्रिया सामान्य है सीधी प्राप्तिग्रंथि. इस मामले में, छर्रों को बनाने के लिए पहले से कुचले हुए अयस्क को विशेष मिट्टी के साथ मिलाया जाता है। छर्रों को भुना जाता है और शाफ्ट भट्टी में गर्म मीथेन रूपांतरण उत्पादों के साथ इलाज किया जाता है जिसमें हाइड्रोजन होता है। हाइड्रोजन आसानी से लोहे को कम कर देता है, जबकि सल्फर और फास्फोरस जैसी अशुद्धियों के साथ लोहे का कोई संदूषण नहीं होता है, जो लोहे में आम अशुद्धियाँ हैं। कोयला. लोहा ठोस रूप में प्राप्त किया जाता है, और फिर विद्युत भट्टियों में पिघलाया जाता है।
रासायनिक रूप से शुद्ध लोहा इसके लवणों के विलयन के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त किया जाता है।

लौह अयस्क पृथ्वी पर काफी व्यापक रूप से फैले हुए हैं। उरल्स में पहाड़ों के नाम स्वयं बोलते हैं: उच्च, चुंबकीय, लौह। कृषि रसायनज्ञ मिट्टी में लौह यौगिक पाते हैं।

लोहा बहुसंख्यक है चट्टानों. लोहा प्राप्त करने के लिए 30-70% या अधिक लौह सामग्री वाले लौह अयस्कों का उपयोग किया जाता है।

मुख्य लौह अयस्क हैं:

मैग्नेटाइट (चुंबकीय लौह अयस्क) - Fe3O4 में 72% लोहा होता है, भंडार पाए जाते हैं दक्षिणी यूराल, कुर्स्क चुंबकीय विसंगति।

हेमेटाइट (लोहे की चमक, रक्तपत्थर) - Fe2O3 में 65% तक लोहा होता है, ऐसे भंडार क्रिवॉय रोग क्षेत्र में पाए जाते हैं।

लिमोनाइट (भूरा लौह अयस्क) - Fe2O3 * nH2O में 60% तक लोहा होता है, जमा क्रीमिया में पाए जाते हैं।

पाइराइट (सल्फर पाइराइट्स, आयरन पाइराइट्स, कैट्स गोल्ड) - FeS2 में लगभग 47% आयरन होता है, जमा यूराल में पाए जाते हैं।

आयरन प्राप्त करने की विधियाँ

वर्तमान में, लौह अयस्कों के प्रसंस्करण की मुख्य औद्योगिक विधि ब्लास्ट-फर्नेस प्रक्रिया द्वारा पिग आयरन का उत्पादन है। कच्चा लोहा एक लौह मिश्र धातु है जिसमें 2.2-4% कार्बन, सिलिकॉन, मैंगनीज, फॉस्फोरस और सल्फर होता है। आगे के सबसेकच्चा लोहा स्टील में परिवर्तित होता है। स्टील मुख्य रूप से कम कार्बन सामग्री (2% तक), फॉस्फोरस और सल्फर में कच्चे लोहे से भिन्न होता है।

हाल ही में, ब्लास्ट-फर्नेस प्रक्रिया के बिना अयस्कों से लोहे के सीधे उत्पादन के तरीकों के विकास पर बहुत ध्यान दिया गया है। 1899 में, डी. आई. मेंडेलीव ने लिखा: "मेरा मानना ​​​​है कि कच्चा लोहा को छोड़कर, अयस्कों से सीधे लोहा और इस्पात प्राप्त करने के तरीकों की तलाश करने का समय फिर से आएगा।" महान रसायनज्ञ के शब्द भविष्यसूचक निकले: उद्योग में ऐसे तरीके खोजे गए और लागू किए गए।

प्रारंभ में, लोहे की सीधी कटौती थोड़े झुके हुए रोटरी भट्टों में की जाती थी, उन भट्टों के समान जिनमें सीमेंट का उत्पादन किया जाता है। भट्टी में अयस्क और कोयला लगातार भरा जाता है, जो धीरे-धीरे बाहर निकलने की ओर बढ़ता है, गर्म हवा विपरीत दिशा में प्रवाहित होती है। भट्ठी में बिताए गए समय के दौरान, अयस्क को धीरे-धीरे गर्म किया जाता है (लोहे के दबाव तापमान से नीचे के तापमान तक) और कम किया जाता है। इस तरह के उत्पादन का उत्पाद लोहे और धातुमल के टुकड़ों का मिश्रण होता है, जिसे अलग करना आसान होता है, क्योंकि लोहे को पिघलने की स्थिति में नहीं लाया जाता है।

अयस्कों से लोहे की प्रत्यक्ष कटौती में रुचि हाल ही में इस तथ्य के कारण भी बढ़ी है कि, कोक को बचाने के अलावा, यह उच्च शुद्धता का लोहा प्राप्त करना संभव बनाता है। शुद्ध धातु प्राप्त करना आधुनिक धातु विज्ञान के सबसे महत्वपूर्ण कार्यों में से एक है। ऐसी धातुओं की आवश्यकता कई उद्योगों को होती है।

यदि अयस्क को संवर्धन के अधीन किया जाता है, तो प्रत्यक्ष कटौती द्वारा व्यावसायिक रूप से शुद्ध लोहा प्राप्त करना संभव है: अपशिष्ट चट्टान को अलग करके लोहे के द्रव्यमान अंश को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाना, और हानिकारक अशुद्धियों (जैसे सल्फर और फास्फोरस) की सामग्री को कम करना।

सरलीकृत, पुनर्प्राप्ति के लिए लौह अयस्क तैयार करने की प्रक्रिया को निम्नानुसार दर्शाया जा सकता है। अयस्क को क्रशर में कुचला जाता है और चुंबकीय विभाजक में डाला जाता है। यह इलेक्ट्रोमैग्नेट वाला एक ड्रम है, जिस पर कन्वेयर की मदद से कुचले हुए अयस्क को डाला जाता है। अपशिष्ट चट्टान स्वतंत्र रूप से चुंबकीय क्षेत्र से गुजरती है और गिरती है। चुंबकीय लौह खनिज युक्त अयस्क कण अपशिष्ट चट्टान की तुलना में बाद में ड्रम से चुंबकित, आकर्षित और अलग हो जाते हैं। इस चुंबकीय पृथक्करण को कई बार दोहराया जा सकता है।

मैग्नेटाइट Fe3O4 युक्त अयस्क, जिसमें मजबूत चुंबकीय गुण होते हैं, चुंबकीय संवर्धन के लिए सबसे अच्छे होते हैं। कमजोर चुंबकीय अयस्कों के लिए, मैग्नेटाइजिंग रोस्टिंग का उपयोग कभी-कभी संवर्धन से पहले किया जाता है - अयस्क में आयरन ऑक्साइड को मैग्नेटाइट में कम करना:

3Fe2O2 + H2 = 2Fe3O4 + H2O

3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2

चुंबकीय पृथक्करण के बाद, अयस्क को प्लवन द्वारा समृद्ध किया जाता है। ऐसा करने के लिए, अयस्क को पानी के साथ एक कंटेनर में रखा जाता है, जहां प्लवनशीलता अभिकर्मकों को भंग कर दिया जाता है - ऐसे पदार्थ जो उपयोगी खनिज की सतह पर चुनिंदा रूप से सोख लिए जाते हैं और अपशिष्ट चट्टान पर सोख नहीं जाते हैं। प्लवन एजेंट के सोखने के परिणामस्वरूप, खनिज कण पानी से गीले नहीं होते हैं और डूबते नहीं हैं।

घोल के माध्यम से हवा को पारित किया जाता है, जिसके बुलबुले खनिज के टुकड़ों से जुड़ जाते हैं और उन्हें सतह पर उठा देते हैं। अपशिष्ट चट्टान के कण पानी से अच्छी तरह भीग जाते हैं और नीचे गिर जाते हैं। समृद्ध अयस्क को फोम के साथ घोल की सतह से एकत्र किया जाता है।

संपूर्ण लाभकारी प्रक्रिया के परिणामस्वरूप, अयस्क में लौह तत्व को 70-72% तक बढ़ाया जा सकता है। तुलना के लिए, हम ध्यान दें कि शुद्ध Fe3O4 ऑक्साइड में लौह सामग्री 72.4% है। अतः समृद्ध अयस्क में अशुद्धियों की मात्रा बहुत कम होती है। आज तक, ठोस और गैसीय कम करने वाले एजेंटों का उपयोग करके अयस्कों से लोहे के सीधे उत्पादन के लिए सत्तर से अधिक तरीके प्रस्तावित किए गए हैं। उनमें से एक के योजनाबद्ध आरेख पर विचार करें, जिसका उपयोग हमारे देश में किया जाता है।

यह प्रक्रिया एक ऊर्ध्वाधर भट्ठी में की जाती है, जिसमें समृद्ध अयस्क को ऊपर से डाला जाता है, और कम करने वाले एजेंट के रूप में काम करने वाली गैस को नीचे से डाला जाता है। यह गैस प्राकृतिक गैस रूपांतरण (अर्थात ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में प्राकृतिक गैस को जलाने से) द्वारा उत्पन्न होती है। "अपचायक" गैस में 30% CO, 55% H2 और 13% पानी और कार्बन डाइऑक्साइड होता है। इसलिए, कार्बन मोनोऑक्साइड (II) और हाइड्रोजन आयरन ऑक्साइड के लिए कम करने वाले एजेंट के रूप में काम करते हैं:

Fe2O4 + 4H2 = 3Fe + 4H2O

Fe3O4 + 4CO = 3Fe + 4CO2

पुनर्प्राप्ति 850 - 900°C के तापमान पर की जाती है, जो लोहे के पिघलने बिंदु (1539°) से कम है। सीओ और एच2, जो लोहे के आक्साइड के साथ प्रतिक्रिया नहीं करते हैं, धूल, पानी और कार्बन डाइऑक्साइड को हटाने के बाद फिर से भट्ठी में लौटा दिए जाते हैं। ये "परिसंचारी गैसें" परिणामी उत्पाद को ठंडा करने का भी काम करती हैं। अयस्क की प्रत्यक्ष कमी की प्रक्रिया के परिणामस्वरूप, लोहा धातु "छर्रों" या "स्पंज" के रूप में प्राप्त होता है, जिसकी धातु सामग्री 98 - 99% तक पहुंच सकती है। यदि आगे स्टील गलाने के लिए कच्चा माल सीधे कटौती द्वारा प्राप्त किया जाता है, तो इसमें आमतौर पर 90 - 93% लोहा होता है।

प्रौद्योगिकी की कई आधुनिक शाखाओं के लिए, अभी भी उच्च स्तर की शुद्धता वाले लोहे की आवश्यकता होती है। तकनीकी लोहे का शुद्धिकरण कार्बोनिल विधि द्वारा किया जाता है। कार्बोनिल्स कार्बन मोनोऑक्साइड (II) CO के साथ धातुओं के यौगिक हैं। आयरन CO के साथ परस्पर क्रिया करता है उच्च रक्तचापऔर 100-200° का तापमान, पेंटाकार्बोनिल बनाता है:

Fe + 5CO = Fe (CO) 5

आयरन पेंटाकार्बोनिल एक तरल है जिसे आसवन द्वारा अशुद्धियों से आसानी से अलग किया जा सकता है। लगभग 250° के तापमान पर कार्बोनिल विघटित होकर लौह चूर्ण बनाता है:

Fe(CO)5 = Fe + 5CO

यदि परिणामी पाउडर को निर्वात या हाइड्रोजन वातावरण में सिंटरिंग के अधीन किया जाता है, तो 99.98-99.999% लौह युक्त धातु प्राप्त होगी। ज़ोन पिघलने से लौह शुद्धि की और भी गहरी डिग्री (99.9999% तक) प्राप्त की जा सकती है।

उच्च शुद्धता वाले लोहे की मुख्य रूप से इसके गुणों का अध्ययन करने के लिए आवश्यकता होती है, अर्थात। वैज्ञानिक उद्देश्यों के लिए. यदि शुद्ध लोहा प्राप्त करना संभव नहीं होता, तो उन्हें यह नहीं पता होता कि लोहा एक नरम, आसानी से संसाधित होने वाली धातु है। रासायनिक रूप से शुद्ध लोहा तकनीकी लोहे की तुलना में बहुत अधिक निष्क्रिय होता है।

शुद्ध लोहे के उपयोग की एक महत्वपूर्ण शाखा विशेष लौह मिश्रधातु का उत्पादन है, जिसके गुण अशुद्धियों की उपस्थिति में ख़राब हो जाते हैं।

एक साधारण लौह पदार्थ के भौतिक गुण

लोहा एक विशिष्ट धातु है, मुक्त अवस्था में यह भूरे रंग के साथ चांदी-सफेद रंग का होता है। शुद्ध धातु नमनीय होती है, विभिन्न अशुद्धियाँ (विशेष रूप से, कार्बन) इसकी कठोरता और भंगुरता को बढ़ाती हैं। इसमें चुंबकीय गुण स्पष्ट हैं। तथाकथित "आयरन ट्रायड" को अक्सर प्रतिष्ठित किया जाता है - तीन धातुओं (आयरन Fe, कोबाल्ट Co, निकल Ni) का एक समूह जिसमें समान भौतिक गुण, परमाणु त्रिज्या और इलेक्ट्रोनगेटिविटी मान होते हैं।

लोहे की विशेषता बहुरूपता है, इसमें चार क्रिस्टलीय संशोधन हैं:

· 769 डिग्री सेल्सियस तक शरीर-केंद्रित घनीय जाली और लौहचुंबक के गुणों के साथ?-Fe (फेराइट) होता है (769 डिग्री सेल्सियस × 1043 K लोहे के लिए क्यूरी बिंदु है);

· 769-917 डिग्री सेल्सियस के तापमान रेंज में, ?-Fe होता है, जो ?-Fe से केवल शरीर-केंद्रित घन जाली के मापदंडों और पैरामैग्नेट के चुंबकीय गुणों में भिन्न होता है;

· 917-1394 डिग्री सेल्सियस के तापमान रेंज में एक फलक-केंद्रित घन जाली के साथ?-Fe (ऑस्टेनाइट) मौजूद है;

· 1394 डिग्री सेल्सियस से ऊपर स्थिर?-फ़े एक शरीर-केंद्रित घन जाली के साथ।

धातु विज्ञान ?-Fe को एक अलग चरण के रूप में नहीं पहचानता है और इसे ?-Fe की एक किस्म के रूप में मानता है। जब लोहे या स्टील को क्यूरी बिंदु (769 डिग्री सेल्सियस ? 1043 के) से ऊपर गर्म किया जाता है, तो आयनों की थर्मल गति इलेक्ट्रॉनों के स्पिन चुंबकीय क्षणों के अभिविन्यास को परेशान करती है, लौह चुंबक एक पैरामैग्नेट बन जाता है - एक दूसरे क्रम का चरण संक्रमण होता है, लेकिन क्रिस्टल के बुनियादी भौतिक मापदंडों में परिवर्तन के साथ प्रथम-क्रम चरण संक्रमण नहीं होता है।

सामान्य दबाव पर शुद्ध लोहे के लिए, धातु विज्ञान के दृष्टिकोण से, निम्नलिखित स्थिर संशोधन हैं:

· पूर्ण शून्य से 910 डिग्री सेल्सियस तक स्थिर?-शरीर-केंद्रित घन (बीसीसी) क्रिस्टल जाली के साथ संशोधन;

· 910 से 1400 डिग्री सेल्सियस तक स्थिर?-फेस-केंद्रित क्यूबिक (एफसीसी) क्रिस्टल जाली के साथ संशोधन;

· 1400 से 1539 डिग्री सेल्सियस तक स्थिर?-एक शरीर-केंद्रित घन (बीसीसी) क्रिस्टल जाली के साथ संशोधन।

इस्पात धातु विज्ञान के लिए बहुरूपता की घटना अत्यंत महत्वपूर्ण है। धन्यवाद?--? क्रिस्टल जाली का संक्रमण स्टील का ताप उपचार है। इस घटना के बिना, स्टील के आधार के रूप में लोहे को इतना व्यापक उपयोग नहीं मिला होता।

लोहा एक मध्यम दुर्दम्य धातु है। मानक इलेक्ट्रोड विभवों की श्रृंखला में, लोहा हाइड्रोजन से पहले खड़ा होता है और तनु अम्लों के साथ आसानी से प्रतिक्रिया करता है। इस प्रकार, लोहा मध्यम गतिविधि की धातुओं से संबंधित है।

रासायनिक रूप से शुद्ध लोहे का गलनांक 1539°C होता है। ऑक्सीडेटिव शोधन द्वारा प्राप्त व्यावसायिक रूप से शुद्ध लोहा लगभग 1530°C के तापमान पर पिघलता है।

लोहे के संलयन की ऊष्मा 15.2 kJ/mol या 271.7 kJ/kg होती है। लोहे का उबलना 2735o C के तापमान पर होता है, हालाँकि कुछ अध्ययनों के लेखकों ने लोहे के क्वथनांक (3227 - 3230o C) के लिए काफी उच्च मान स्थापित किए हैं। लोहे के वाष्पीकरण की ऊष्मा 352.5 kJ/mol या 6300 kJ/kg होती है।

लोहा एक प्रसिद्ध रासायनिक तत्व है। यह औसत प्रतिक्रियाशीलता वाली धातुओं से संबंधित है। हम इस लेख में लोहे के गुण और उपयोग पर विचार करेंगे।

प्रकृति में व्यापकता

काफी है एक बड़ी संख्या कीफेरम युक्त खनिज. सबसे पहले, यह मैग्नेटाइट है। इसमें बहत्तर प्रतिशत लोहा होता है। इसका रासायनिक सूत्र Fe3O4 है। इस खनिज को चुंबकीय लौह अयस्क भी कहा जाता है। इसका रंग हल्का भूरा, कभी-कभी गहरा भूरा, काला तक, धात्विक चमक के साथ होता है। सीआईएस देशों के बीच इसका सबसे बड़ा भंडार उरल्स में स्थित है।

उच्च लौह सामग्री वाला अगला खनिज हेमेटाइट है - इसमें इस तत्व का सत्तर प्रतिशत हिस्सा होता है। इसका रासायनिक सूत्र Fe2O3 है। इसे लाल लौह अयस्क भी कहा जाता है। इसका रंग लाल-भूरे से लेकर लाल-ग्रे तक होता है। सीआईएस देशों के क्षेत्र में सबसे बड़ी जमा राशि क्रिवॉय रोग में स्थित है।

फेरम सामग्री की दृष्टि से तीसरा खनिज लिमोनाइट है। यहाँ लोहा कुल द्रव्यमान का साठ प्रतिशत है। यह एक क्रिस्टलीय हाइड्रेट है, अर्थात इसमें क्रिस्टल लैटिसपानी के अणु आपस में जुड़े हुए हैं, इसका रासायनिक सूत्र Fe 2 O 3 .H 2 O है। जैसा कि नाम से पता चलता है, इस खनिज का रंग पीला-भूरा, कभी-कभी भूरा होता है। यह प्राकृतिक गेरू के मुख्य घटकों में से एक है और इसका उपयोग रंगद्रव्य के रूप में किया जाता है। इसे ब्राउन आयरनस्टोन भी कहा जाता है। सबसे बड़ी घटनाएँ क्रीमिया, उराल हैं।

साइडराइट में, तथाकथित स्पर लौह अयस्क, अड़तालीस प्रतिशत फेरम। इसका रासायनिक सूत्र FeCO3 है। इसकी संरचना विषम है और इसमें एक साथ जुड़े हुए क्रिस्टल होते हैं भिन्न रंग: ग्रे, हल्का हरा, ग्रे-पीला, भूरा-पीला, आदि।

उच्च फेरम सामग्री वाला अंतिम प्राकृतिक रूप से पाया जाने वाला खनिज पाइराइट है। उसके पास ऐसा है रासायनिक सूत्र FeS2. इसमें लौह कुल द्रव्यमान का छियालीस प्रतिशत होता है। सल्फर परमाणुओं के कारण इस खनिज का रंग सुनहरा पीला होता है।

इनमें से कई खनिजों का उपयोग शुद्ध लोहा प्राप्त करने के लिए किया जाता है। इसके अलावा, हेमेटाइट का उपयोग प्राकृतिक पत्थरों से आभूषणों के निर्माण में किया जाता है। लैपिस लाजुली आभूषणों में पाइराइट का समावेश पाया जा सकता है। इसके अलावा, लोहा प्रकृति में जीवित जीवों की संरचना में पाया जाता है - यह कोशिका के सबसे महत्वपूर्ण घटकों में से एक है। इस ट्रेस तत्व को मानव शरीर को पर्याप्त मात्रा में आपूर्ति की जानी चाहिए। औषधीय गुणआयरन काफी हद तक इस तथ्य के कारण है कि यह रासायनिक तत्व हीमोग्लोबिन का आधार है। इसलिए, फेरम के उपयोग से रक्त की स्थिति और इसलिए पूरे जीव पर अच्छा प्रभाव पड़ता है।

लोहा: भौतिक और रासायनिक गुण

आइए क्रम से इन दो प्रमुख अनुभागों पर एक नज़र डालें। लोहा उसका स्वरूप, घनत्व, गलनांक आदि है। यानी किसी पदार्थ की सभी विशिष्ट विशेषताएं जो भौतिकी से जुड़ी हैं। लोहे के रासायनिक गुण इसकी अन्य यौगिकों के साथ प्रतिक्रिया करने की क्षमता है। आइए पहले से शुरू करें।

लोहे के भौतिक गुण

अपने शुद्धतम रूप में, सामान्य स्थितियाँयह एक ठोस है. इसमें सिल्वर-ग्रे रंग और स्पष्ट धात्विक चमक है। लोहे के यांत्रिक गुणों में कठोरता का स्तर चार (मध्यम) के बराबर होता है। लोहे में अच्छी विद्युत और तापीय चालकता होती है। आखिरी विशेषता ठंडे कमरे में किसी लोहे की वस्तु को छूकर महसूस की जा सकती है। चूँकि यह सामग्री तेजी से गर्मी का संचालन करती है, इसलिए यह कम समय में आपकी त्वचा से इसका बहुत सारा हिस्सा बाहर निकाल लेती है, जिसके कारण आपको ठंड महसूस होती है।

उदाहरण के लिए, एक पेड़ को छूकर, यह देखा जा सकता है कि इसकी तापीय चालकता बहुत कम है। लोहे के भौतिक गुण उसके गलनांक और क्वथनांक हैं। पहला 1539 डिग्री सेल्सियस, दूसरा 2860 डिग्री सेल्सियस. यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि लोहे के विशिष्ट गुण अच्छे लचीलेपन और घुलनशीलता हैं। लेकिन वह सब नहीं है।

लोहे के भौतिक गुणों में उसका लौहचुम्बकत्व भी शामिल है। यह क्या है? लोहा, जिसके चुंबकीय गुण हम देख सकते हैं व्यावहारिक उदाहरणहर दिन, एकमात्र ऐसी धातु है जिसमें इतना अनोखापन होता है बानगी. यह इस तथ्य के कारण है कि यह सामग्री किसके प्रभाव में चुम्बकित होने में सक्षम है चुंबकीय क्षेत्र. और बाद की क्रिया की समाप्ति के बाद, लोहा, जिसके चुंबकीय गुण अभी-अभी बने हैं, लंबे समय तक चुंबक बना रहता है। इस घटना को इस तथ्य से समझाया जा सकता है कि इस धातु की संरचना में कई मुक्त इलेक्ट्रॉन हैं जो गति करने में सक्षम हैं।

रसायन शास्त्र के संदर्भ में

यह तत्व मध्यम गतिविधि की धातुओं से संबंधित है। लेकिन लोहे के रासायनिक गुण अन्य सभी धातुओं के लिए विशिष्ट हैं (उन धातुओं को छोड़कर जो विद्युत रासायनिक श्रृंखला में हाइड्रोजन के दाईं ओर हैं)। यह कई प्रकार के पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया करने में सक्षम है।

आइए सरल शुरुआत करें

फेरम ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, हैलोजन (आयोडीन, ब्रोमीन, क्लोरीन, फ्लोरीन), फॉस्फोरस, कार्बन के साथ परस्पर क्रिया करता है। विचार करने वाली पहली बात ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया है। जब फेरम को जलाया जाता है तो इसके ऑक्साइड बनते हैं। प्रतिक्रिया की स्थितियों और दो प्रतिभागियों के बीच के अनुपात के आधार पर, वे भिन्न हो सकते हैं। ऐसी अंतःक्रियाओं के उदाहरण के रूप में, निम्नलिखित प्रतिक्रिया समीकरण दिए जा सकते हैं: 2Fe + O 2 = 2FeO; 4Fe + 3O 2 = 2Fe 2 O 3; 3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4। और आयरन ऑक्साइड (भौतिक और रासायनिक दोनों) के गुण इसकी विविधता के आधार पर भिन्न हो सकते हैं। ये प्रतिक्रियाएँ उच्च तापमान पर होती हैं।

अगला नाइट्रोजन के साथ अंतःक्रिया है। यह केवल गर्म करने की स्थिति में भी हो सकता है। यदि हम छह मोल लोहा और एक मोल नाइट्रोजन लेते हैं, तो हमें दो मोल लौह नाइट्राइड मिलता है। प्रतिक्रिया समीकरण इस तरह दिखेगा: 6Fe + N 2 = 2Fe 3 N.

फॉस्फोरस के साथ परस्पर क्रिया करने पर फॉस्फाइड बनता है। प्रतिक्रिया को अंजाम देने के लिए, निम्नलिखित घटक आवश्यक हैं: फेरम के तीन मोल के लिए - फॉस्फोरस का एक मोल, परिणामस्वरूप, फॉस्फाइड का एक मोल बनता है। समीकरण इस प्रकार लिखा जा सकता है: 3Fe + P = Fe 3 P.

इसके अलावा, सरल पदार्थों के साथ प्रतिक्रियाओं के बीच, सल्फर के साथ बातचीत को भी प्रतिष्ठित किया जा सकता है। इस मामले में, सल्फाइड प्राप्त किया जा सकता है। जिस सिद्धांत से इस पदार्थ के निर्माण की प्रक्रिया होती है वह ऊपर वर्णित सिद्धांतों के समान है। अर्थात्, एक अतिरिक्त प्रतिक्रिया होती है। इस प्रकार की सभी रासायनिक अंतःक्रियाओं के लिए, विशेष स्थिति, मुख्य रूप से उच्च तापमान, कम अक्सर - उत्प्रेरक।

रासायनिक उद्योग में लोहे और हैलोजन के बीच प्रतिक्रियाएं भी आम हैं। ये हैं क्लोरीनीकरण, ब्रोमिनेशन, आयोडिनेशन, फ्लोरिनेशन। जैसा कि प्रतिक्रियाओं के नाम से ही स्पष्ट है, यह क्रमशः क्लोराइड / ब्रोमाइड / आयोडाइड / फ्लोराइड बनाने के लिए फेरम परमाणुओं में क्लोरीन / ब्रोमीन / आयोडीन / फ्लोरीन परमाणुओं को जोड़ने की प्रक्रिया है। इन पदार्थों का व्यापक रूप से विभिन्न उद्योगों में उपयोग किया जाता है। इसके अलावा, फेरम उच्च तापमान पर सिलिकॉन के साथ संयोजन करने में सक्षम है। करने के लिए धन्यवाद रासायनिक गुणलोहा विविध है, इसका उपयोग अक्सर रासायनिक उद्योग में किया जाता है।

फेरम और जटिल पदार्थ

सरल पदार्थों से, आइए उन पदार्थों की ओर बढ़ते हैं जिनके अणुओं में दो या दो से अधिक भिन्न रासायनिक तत्व होते हैं। उल्लेख करने वाली पहली बात पानी के साथ फेरम की प्रतिक्रिया है। यहाँ लोहे के मुख्य गुण हैं। जब पानी को गर्म किया जाता है, तो यह लोहे के साथ मिलकर बनता है (ऐसा इसलिए कहा जाता है क्योंकि, उसी पानी के साथ बातचीत करते समय, यह एक हाइड्रॉक्साइड बनाता है, दूसरे शब्दों में, एक आधार)। इसलिए, यदि आप दोनों घटकों का एक मोल लेते हैं, तो फेरम डाइऑक्साइड और हाइड्रोजन जैसे पदार्थ तीखी गंध वाली गैस के रूप में बनते हैं - एक से एक के दाढ़ अनुपात में भी। इस प्रकार की प्रतिक्रिया के लिए समीकरण इस प्रकार लिखा जा सकता है: Fe + H 2 O = FeO + H 2। इन दोनों घटकों को जिस अनुपात में मिलाया जाता है, उसके आधार पर आयरन डाइ- या ट्राइऑक्साइड प्राप्त किया जा सकता है। ये दोनों पदार्थ रासायनिक उद्योग में बहुत आम हैं और कई अन्य उद्योगों में भी उपयोग किए जाते हैं।

अम्ल और लवण के साथ

चूंकि फेरम धातु गतिविधि की विद्युत रासायनिक श्रृंखला में हाइड्रोजन के बाईं ओर स्थित है, यह यौगिकों से इस तत्व को विस्थापित करने में सक्षम है। इसका एक उदाहरण प्रतिस्थापन प्रतिक्रिया है जिसे किसी अम्ल में लोहा मिलाने पर देखा जा सकता है। उदाहरण के लिए, यदि आप मध्यम सांद्रता वाले लौह और सल्फेट एसिड (उर्फ सल्फ्यूरिक एसिड) को समान दाढ़ अनुपात में मिलाते हैं, तो परिणाम समान दाढ़ अनुपात में फेरस सल्फेट (II) और हाइड्रोजन होगा। ऐसी प्रतिक्रिया के लिए समीकरण इस तरह दिखेगा: Fe + H 2 SO 4 \u003d FeSO 4 + H 2।

लवणों के साथ परस्पर क्रिया करने पर लोहे के कम करने वाले गुण प्रकट होते हैं। यानी इसकी मदद से नमक से कम सक्रिय धातु को अलग किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, यदि आप एक मोल और समान मात्रा में फेरम लेते हैं, तो आप समान दाढ़ अनुपात में आयरन सल्फेट (II) और शुद्ध तांबा प्राप्त कर सकते हैं।

शरीर के लिए महत्व

पृथ्वी की पपड़ी में सबसे आम रासायनिक तत्वों में से एक लोहा है। हम पहले ही विचार कर चुके हैं, अब हम इसे जैविक दृष्टिकोण से देखेंगे। फेरम सेलुलर स्तर और पूरे जीव के स्तर पर बहुत महत्वपूर्ण कार्य करता है। सबसे पहले, आयरन हीमोग्लोबिन जैसे प्रोटीन का आधार है। यह फेफड़ों से रक्त के माध्यम से सभी ऊतकों, अंगों, शरीर की प्रत्येक कोशिका, मुख्य रूप से मस्तिष्क के न्यूरॉन्स तक ऑक्सीजन के परिवहन के लिए आवश्यक है। इसलिए, लोहे के लाभकारी गुणों को कम करके आंका नहीं जा सकता है।

इस तथ्य के अलावा कि यह रक्त निर्माण को प्रभावित करता है, फेरम थायरॉयड ग्रंथि के पूर्ण कामकाज के लिए भी महत्वपूर्ण है (इसके लिए न केवल आयोडीन की आवश्यकता होती है, जैसा कि कुछ लोग मानते हैं)। आयरन इंट्रासेल्युलर चयापचय में भी भाग लेता है, प्रतिरक्षा को नियंत्रित करता है। फेरम लिवर कोशिकाओं में भी विशेष रूप से बड़ी मात्रा में पाया जाता है, क्योंकि यह हानिकारक पदार्थों को बेअसर करने में मदद करता है। यह हमारे शरीर में कई प्रकार के एंजाइमों के मुख्य घटकों में से एक है। किसी व्यक्ति के दैनिक आहार में इस ट्रेस तत्व की मात्रा दस से बीस मिलीग्राम होनी चाहिए।

आयरन से भरपूर खाद्य पदार्थ

वहां कई हैं। वे पौधे और पशु दोनों मूल के हैं। पहले हैं अनाज, फलियां, अनाज (विशेष रूप से एक प्रकार का अनाज), सेब, मशरूम (सफेद), सूखे फल, गुलाब के कूल्हे, नाशपाती, आड़ू, एवोकाडो, कद्दू, बादाम, खजूर, टमाटर, ब्रोकोली, गोभी, ब्लूबेरी, ब्लैकबेरी, अजवाइन, आदि। दूसरा - कलेजा, मांस। गर्भावस्था के दौरान आयरन से भरपूर खाद्य पदार्थों का उपयोग विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, क्योंकि विकासशील भ्रूण के शरीर को उचित वृद्धि और विकास के लिए इस ट्रेस तत्व की बड़ी मात्रा की आवश्यकता होती है।

शरीर में आयरन की कमी के लक्षण

शरीर में बहुत कम फेरम के प्रवेश के लक्षण हैं थकान, हाथों और पैरों का लगातार जमना, अवसाद, भंगुर बाल और नाखून, बौद्धिक गतिविधि में कमी, पाचन विकार, कम प्रदर्शन और थायरॉयड विकार। यदि आपको इनमें से एक से अधिक लक्षण दिखाई देते हैं, तो आप अपने आहार में आयरन युक्त खाद्य पदार्थों की मात्रा बढ़ाना चाहेंगे या फेरम युक्त विटामिन या पूरक खरीदना चाहेंगे। इसके अलावा, यदि आपको इनमें से कोई भी लक्षण बहुत तीव्र लगे तो डॉक्टर से परामर्श अवश्य लें।

उद्योग में फेरम का उपयोग

लोहे के उपयोग और गुण आपस में घनिष्ठ रूप से जुड़े हुए हैं। इसके लौहचुम्बकत्व के कारण, इसका उपयोग चुम्बक बनाने के लिए किया जाता है - घरेलू उद्देश्यों (स्मारिका फ्रिज चुम्बक, आदि) के लिए कमजोर, और औद्योगिक उद्देश्यों के लिए मजबूत - दोनों। इस तथ्य के कारण कि प्रश्न में धातु में उच्च शक्ति और कठोरता है, इसका उपयोग प्राचीन काल से हथियारों, कवच और अन्य सैन्य और घरेलू उपकरणों के निर्माण के लिए किया जाता रहा है। वैसे, यहाँ तक कि प्राचीन मिस्रउल्कापिंड लोहा ज्ञात था, जिसके गुण सामान्य धातु से बेहतर होते हैं। साथ ही ऐसे खास लोहे का इस्तेमाल किया जाता था प्राचीन रोम. उन्होंने इससे विशिष्ट हथियार बनाए। केवल एक बहुत अमीर और महान व्यक्ति के पास ही उल्कापिंड धातु से बनी ढाल या तलवार हो सकती है।

सामान्य तौर पर, इस लेख में हम जिस धातु पर विचार कर रहे हैं वह इस समूह के सभी पदार्थों में सबसे बहुमुखी है। सबसे पहले, स्टील और कच्चा लोहा इससे बनाया जाता है, जिसका उपयोग उद्योग और रोजमर्रा की जिंदगी दोनों में आवश्यक सभी प्रकार के उत्पादों के उत्पादन के लिए किया जाता है।

कच्चा लोहा लोहे और कार्बन का एक मिश्र धातु है, जिसमें दूसरा 1.7 से 4.5 प्रतिशत तक मौजूद होता है। यदि दूसरा 1.7 प्रतिशत से कम हो तो इस प्रकार की मिश्र धातु को स्टील कहा जाता है। यदि संरचना में लगभग 0.02 प्रतिशत कार्बन मौजूद है, तो यह पहले से ही साधारण तकनीकी लोहा है। मिश्रधातु में कार्बन की उपस्थिति इसे अधिक मजबूती, थर्मल स्थिरता और जंग प्रतिरोध देने के लिए आवश्यक है।

इसके अलावा, स्टील में अशुद्धियों के रूप में कई अन्य रासायनिक तत्व भी हो सकते हैं। यह मैंगनीज, फास्फोरस और सिलिकॉन है। इसके अलावा, क्रोमियम, निकल, मोलिब्डेनम, टंगस्टन और कई अन्य रासायनिक तत्वों को इस तरह के मिश्र धातु में कुछ गुण देने के लिए जोड़ा जा सकता है। स्टील के वे प्रकार जिनमें बड़ी मात्रा में सिलिकॉन (लगभग चार प्रतिशत) मौजूद होता है, ट्रांसफार्मर स्टील के रूप में उपयोग किए जाते हैं। जिनमें बहुत अधिक मैंगनीज (बारह से चौदह प्रतिशत तक) होता है, उनका उपयोग रेलवे, मिलों, क्रशर और अन्य उपकरणों के हिस्सों के निर्माण में किया जाता है, जिनके हिस्से तेजी से घर्षण के अधीन होते हैं।

मोलिब्डेनम को मिश्र धातु की संरचना में पेश किया जाता है ताकि इसे अधिक तापीय रूप से स्थिर बनाया जा सके - ऐसे स्टील्स का उपयोग टूल स्टील्स के रूप में किया जाता है। इसके अलावा, चाकू और अन्य घरेलू उपकरणों के रूप में रोजमर्रा की जिंदगी में प्रसिद्ध और अक्सर उपयोग किए जाने वाले स्टेनलेस स्टील प्राप्त करने के लिए, मिश्र धातु में क्रोमियम, निकल और टाइटेनियम जोड़ना आवश्यक है। और शॉक-प्रतिरोधी, उच्च शक्ति, नमनीय स्टील प्राप्त करने के लिए इसमें वैनेडियम मिलाना पर्याप्त है। जब नाइओबियम को संरचना में पेश किया जाता है, तो संक्षारण और रासायनिक रूप से आक्रामक पदार्थों के प्रभाव के लिए उच्च प्रतिरोध प्राप्त करना संभव है।

खनिज मैग्नेटाइट, जिसका उल्लेख लेख की शुरुआत में किया गया था, हार्ड ड्राइव, मेमोरी कार्ड और इस प्रकार के अन्य उपकरणों के निर्माण के लिए आवश्यक है। अपने चुंबकीय गुणों के कारण, लोहा ट्रांसफार्मर, मोटर, इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों आदि के निर्माण में पाया जा सकता है। इसके अलावा, उन्हें अधिक ताकत और यांत्रिक स्थिरता देने के लिए अन्य धातु मिश्र धातुओं में फेरम जोड़ा जा सकता है। इस तत्व के सल्फेट का उपयोग बागवानी में कीट नियंत्रण के लिए (कॉपर सल्फेट के साथ) किया जाता है।

वे जल शुद्धिकरण में अपरिहार्य हैं। इसके अलावा, मैग्नेटाइट पाउडर का उपयोग काले और सफेद प्रिंटर में किया जाता है। मुख्य राहइससे सल्फ्यूरिक एसिड बनाने के लिए पाइराइट का उपयोग किया जाता है। यह प्रक्रिया होती है प्रयोगशाला की स्थितियाँतीन चरणों में. पहले चरण में, आयरन ऑक्साइड और सल्फर डाइऑक्साइड का उत्पादन करने के लिए फेरम पाइराइट को जलाया जाता है। दूसरे चरण में, ऑक्सीजन की भागीदारी के साथ सल्फर डाइऑक्साइड का ट्राइऑक्साइड में रूपांतरण होता है। और अंतिम चरण में, परिणामी पदार्थ को उत्प्रेरक की उपस्थिति में पारित किया जाता है, जिससे सल्फ्यूरिक एसिड प्राप्त होता है।

लोहा प्राप्त करना

यह धातु मुख्य रूप से इसके दो मुख्य खनिजों: मैग्नेटाइट और हेमेटाइट से खनन की जाती है। यह कोक के रूप में कार्बन के साथ उसके यौगिकों से लोहे को कम करके किया जाता है। यह ब्लास्ट फर्नेस में किया जाता है, जिसमें तापमान दो हजार डिग्री सेल्सियस तक पहुंच जाता है। इसके अलावा, हाइड्रोजन के साथ फेरम को कम करने का एक तरीका भी है। इसके लिए ब्लास्ट फर्नेस की आवश्यकता नहीं होती है। कार्यान्वयन हेतु यह विधिवे विशेष मिट्टी लेते हैं, इसे कुचले हुए अयस्क के साथ मिलाते हैं और इसे शाफ्ट भट्टी में हाइड्रोजन के साथ संसाधित करते हैं।

निष्कर्ष

लोहे के गुण और उपयोग विविध हैं। यह शायद हमारे जीवन की सबसे महत्वपूर्ण धातु है। बनने मानव जाति के लिए जाना जाता है, उसने कांस्य का स्थान ले लिया, जो उस समय सभी उपकरणों के साथ-साथ हथियारों के निर्माण के लिए मुख्य सामग्री थी। स्टील और कच्चा लोहा अपने भौतिक गुणों, यांत्रिक तनाव के प्रतिरोध के मामले में तांबे और टिन के मिश्र धातु से कई मायनों में बेहतर हैं।

इसके अलावा, हमारे ग्रह पर कई अन्य धातुओं की तुलना में लोहा अधिक आम है। पृथ्वी की पपड़ी में यह लगभग पाँच प्रतिशत है। यह प्रकृति में चौथा सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला रासायनिक तत्व है। साथ ही, यह रासायनिक तत्व जानवरों और पौधों के जीवों के सामान्य कामकाज के लिए बहुत महत्वपूर्ण है, मुख्यतः क्योंकि हीमोग्लोबिन का निर्माण इसके आधार पर होता है। आयरन एक आवश्यक सूक्ष्म पोषक तत्व है जो स्वास्थ्य को बनाए रखने के लिए आवश्यक है सामान्य ऑपरेशनअंग. उपरोक्त के अलावा, यह एकमात्र धातु है जिसमें अद्वितीय चुंबकीय गुण हैं। फेरम के बिना हमारे जीवन की कल्पना करना असंभव है।

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अयस्कों से लौह के सीधे उत्पादन की प्रक्रियाएँ

• इस्पात उत्पादन
• प्रक्रिया सार
• इस्पात गलाने की विधियाँ
• ग्रन्थसूची

इस्पात उत्पादन

अयस्कों से लौह के सीधे उत्पादन की प्रक्रियाएँ

लोहे के प्रत्यक्ष उत्पादन की प्रक्रियाओं के तहत ऐसी रासायनिक, इलेक्ट्रोकेमिकल या रासायनिक-थर्मल प्रक्रियाओं को समझा जाता है जो ब्लास्ट फर्नेस, स्पंज, क्रैकर या तरल धातु के रूप में धात्विक लौह को छोड़कर सीधे अयस्क से प्राप्त करना संभव बनाता है।

ऐसी प्रक्रियाएं धातुकर्म कोक, फ्लक्स, बिजली (संपीड़ित हवा की तैयारी के लिए) का उपभोग किए बिना की जाती हैं, और बहुत शुद्ध धातु प्राप्त करना भी संभव बनाती हैं।

लोहे के प्रत्यक्ष उत्पादन की विधियाँ लंबे समय से ज्ञात हैं। 70 से अधिक का परीक्षण किया गया विभिन्न तरीके, लेकिन केवल कुछ को ही लागू किया गया है, इसके अलावा, छोटे औद्योगिक पैमाने पर।

में पिछले साल काइस समस्या में रुचि बढ़ी है, जो अन्य ईंधन के साथ कोक को बदलने के अलावा, अयस्कों के गहरे संवर्धन के तरीकों के विकास से जुड़ी है, जो न केवल सांद्रण में उच्च लौह सामग्री (70 ... 72%) प्रदान करती है, बल्कि साथ ही यह सल्फर और फॉस्फोरस से लगभग पूरी तरह मुक्त हो जाता है।

शाफ्ट भट्टियों में स्पंज आयरन प्राप्त करना

प्रक्रिया आरेख अंजीर में दिखाया गया है। 1.

स्टील स्पंज आयरन खुली चूल्हा भट्टी

चावल। 1. अयस्कों से लोहे की सीधी कमी और धातुयुक्त छर्रों के उत्पादन के लिए एक संयंत्र की योजना

स्पंज आयरन प्राप्त होने पर, खनन किए गए अयस्क को समृद्ध किया जाता है और छर्रों को प्राप्त किया जाता है। हॉपर 1 से स्क्रीन 2 तक छर्रे चार्जिंग मशीन के बॉक्स 10 में प्रवेश करें और वहां से शाफ्ट भट्टी में जाएं 9 प्रतिधारा के सिद्धांत पर कार्य करना। छर्रों से रिसाव ब्रिकेटिंग प्रेस के साथ हॉपर 3 में प्रवेश करता है और, छर्रों के रूप में, फिर से स्क्रीन में प्रवेश करता है। छर्रों से लोहे को पुनर्प्राप्त करने के लिए, प्राकृतिक और का मिश्रण रूपांतरण, जिसमें मिश्रण हाइड्रोजन और कार्बन मोनोऑक्साइड में विघटित हो जाता है। भट्टी बी के न्यूनीकरण क्षेत्र में 1000...1100 0 C का तापमान बनाया जाता है, जिस पर छर्रों में मौजूद लौह अयस्क ठोस स्पंज आयरन में बदल जाता है। छर्रों में लौह तत्व 90...95% तक पहुँच जाता है। लोहे के छर्रों को पाइपलाइन 6 के माध्यम से शीतलन क्षेत्र तक ठंडा करने के लिए 0 भट्टियाँ हवा की आपूर्ति करती हैं। ठंडी छर्रों 5 को कन्वेयर 4 तक पहुंचाया जाता है और विद्युत भट्टियों में स्टील गलाने के लिए भेजा जाता है।

द्रवीकृत बिस्तर में लोहे की पुनर्प्राप्ति

महीन दाने वाले अयस्क या सांद्रण को एक जाली पर रखा जाता है जिसके माध्यम से 1.5 एमपीए के दबाव पर हाइड्रोजन या अन्य कम करने वाली गैस की आपूर्ति की जाती है। हाइड्रोजन के दबाव में, अयस्क कण निलंबित अवस्था में होते हैं, निरंतर गति करते हैं और एक "उबलती", "तरल" परत बनाते हैं। द्रवीकृत बिस्तर आयरन ऑक्साइड कणों के साथ कम करने वाली गैस का अच्छा संपर्क सुनिश्चित करता है। पुनर्प्राप्त पाउडर की प्रति टन हाइड्रोजन खपत 600...650 मीटर 3 है।

क्रूसिबल कैप्सूल में स्पंज आयरन प्राप्त करना

500 मिमी व्यास और 1500 मिमी ऊंचाई वाले सिलिकॉन कार्बाइड कैप्सूल का उपयोग किया जाता है। आवेश संकेंद्रित परतों में भरा हुआ है। कैप्सूल के अंदर एक कम करने वाले एजेंट से भरा होता है - कुचल दिया जाता है ठोस ईंधनऔर सल्फर को हटाने के लिए चूना पत्थर (10…15%)। दूसरी परत पुनर्प्राप्त करने योग्य कुचल अयस्क या सांद्रण, मिल स्केल है, फिर कम करने वाले एजेंट और चूना पत्थर की एक और संकेंद्रित परत है। ट्रॉलियों पर लगे कैप्सूल धीरे-धीरे 140 मीटर लंबे सुरंग ओवन में चले जाते हैं, जहां उन्हें गर्म किया जाता है, 1200 0 C पर रखा जाता है और 100 घंटे तक ठंडा किया जाता है।

कम किए गए लोहे को मोटी दीवारों वाले पाइपों के रूप में प्राप्त किया जाता है, उन्हें साफ किया जाता है, कुचल दिया जाता है और कुचल दिया जाता है, जिससे 99% तक लौह सामग्री के साथ लौह पाउडर प्राप्त होता है, कार्बन - 0.1 ... 0.2%।

प्रक्रिया सार

बनना- लौह-कार्बन मिश्र धातुओं में लगभग 1.5% तक कार्बन होता है, उच्च सामग्री के साथ, स्टील्स की कठोरता और भंगुरता काफी बढ़ जाती है और उनका व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है।

इस्पात उत्पादन के लिए मुख्य कच्चा माल कच्चा लोहा और इस्पात स्क्रैप हैं।

स्टील में कार्बन और अशुद्धियों की मात्रा कच्चे लोहे की तुलना में बहुत कम होती है। इसलिए, कच्चे लोहे के स्टील में किसी भी धातुकर्म रूपांतरण का सार उनके चयनात्मक ऑक्सीकरण द्वारा कार्बन और अशुद्धियों को कम करना और गलाने की प्रक्रिया के दौरान स्लैग और गैसों में स्थानांतरित करना है।

लोहे का ऑक्सीकरण मुख्य रूप से तब होता है जब लोहा इस्पात निर्माण भट्टियों में ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करता है:

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इसके साथ ही लोहे के साथ सिलिकॉन, फास्फोरस, मैंगनीज और कार्बन का ऑक्सीकरण होता है। उच्च तापमान पर बनने वाला आयरन ऑक्साइड कच्चे लोहे में अधिक सक्रिय अशुद्धियों को अपनी ऑक्सीजन देता है, जिससे उनका ऑक्सीकरण होता है।

इस्पात निर्माण प्रक्रियाएँ तीन चरणों में की जाती हैं।

पहला चरण आवेश का पिघलना और तरल धातु स्नान को गर्म करना है।

धातु का तापमान अपेक्षाकृत कम होता है, लोहे का तीव्र ऑक्सीकरण, आयरन ऑक्साइड का निर्माण और अशुद्धियों का ऑक्सीकरण होता है: सिलिकॉन, मैंगनीज और फास्फोरस।

चरण का सबसे महत्वपूर्ण कार्य फास्फोरस को हटाना है। इसके लिए, मुख्य भट्टी में, जहां स्लैग होता है, पिघलाने की सलाह दी जाती है। फॉस्फोरिक एनहाइड्राइड आयरन ऑक्साइड के साथ एक अस्थिर यौगिक बनाता है। कैल्शियम ऑक्साइड आयरन ऑक्साइड की तुलना में अधिक मजबूत आधार है, इसलिए, कम तापमान पर, यह इसे बांधता है और स्लैग में परिवर्तित करता है:

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फॉस्फोरस को हटाने के लिए धातु और स्लैग स्नान का कम तापमान और स्लैग में पर्याप्त सामग्री की आवश्यकता होती है। स्लैग में सामग्री बढ़ाने और अशुद्धियों के ऑक्सीकरण में तेजी लाने के लिए, लौह अयस्क और स्केल को भट्ठी में जोड़ा जाता है, जिससे लौह स्लैग प्रेरित होता है। जैसे ही फास्फोरस को धातु से स्लैग में हटा दिया जाता है, स्लैग में फास्फोरस की मात्रा बढ़ जाती है। इसलिए, धातु दर्पण से इस स्लैग को हटाना और इसे ताजा एडिटिव्स के साथ एक नए से बदलना आवश्यक है।

दूसरा चरण - धातु स्नान का उबलना - तब शुरू होता है जब यह उच्च तापमान तक गर्म होता है।

तापमान में वृद्धि के साथ, कार्बन की ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया अधिक तीव्रता से होती है, जो गर्मी के अवशोषण के साथ होती है:

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कार्बन को ऑक्सीकरण करने के लिए, धातु में थोड़ी मात्रा में अयस्क, स्केल डाला जाता है, या ऑक्सीजन प्रवाहित की जाती है।

जब आयरन ऑक्साइड कार्बन के साथ प्रतिक्रिया करता है, तो तरल धातु से कार्बन मोनोऑक्साइड के बुलबुले निकलते हैं, जिससे "उबाल स्नान" होता है। "उबलने" के दौरान, धातु में कार्बन सामग्री आवश्यक स्तर तक कम हो जाती है, तापमान स्नान की पूरी मात्रा में बराबर हो जाता है, और उभरते बुलबुले का पालन करने वाले गैर-धातु समावेशन, साथ ही बुलबुले में प्रवेश करने वाली गैसें आंशिक रूप से कम हो जाती हैं। निकाला गया। यह सब धातु की गुणवत्ता में सुधार में योगदान देता है। इसलिए, यह चरण इस्पात निर्माण प्रक्रिया में मुख्य है।

सल्फर को हटाने के लिए स्थितियाँ भी बनाई जाती हैं। स्टील में सल्फर सल्फाइड () के रूप में होता है, जो मुख्य स्लैग में भी घुल जाता है। तापमान जितना अधिक होगा, आयरन सल्फाइड उतना ही अधिक स्लैग में घुलेगा और कैल्शियम ऑक्साइड के साथ परस्पर क्रिया करेगा:

परिणामस्वरूप यौगिक स्लैग में घुल जाता है लेकिन लोहे में नहीं घुलता है, इसलिए सल्फर को स्लैग में हटा दिया जाता है।

तीसरा चरण - स्टील डीऑक्सीडेशन में तरल धातु में घुले आयरन ऑक्साइड की कमी होती है।

पिघलने के दौरान, अशुद्धियों के ऑक्सीकरण के लिए धातु में ऑक्सीजन सामग्री में वृद्धि आवश्यक है, लेकिन तैयार स्टील में, ऑक्सीजन एक हानिकारक अशुद्धता है, क्योंकि यह स्टील के यांत्रिक गुणों को कम कर देता है, खासकर उच्च तापमान पर।

स्टील को दो तरीकों से डीऑक्सीडाइज़ किया जाता है: अवक्षेपण और प्रसार।

अवक्षेपण डीऑक्सीडेशन तरल स्टील में घुलनशील डीऑक्सीडाइज़र (फेरोमैंगनीज, फेरोसिलिकॉन, एल्युमीनियम) को शामिल करके किया जाता है जिसमें ऐसे तत्व होते हैं जिनमें लोहे की तुलना में ऑक्सीजन के लिए अधिक आकर्षण होता है।

डीऑक्सीडेशन के परिणामस्वरूप, लोहा कम हो जाता है और ऑक्साइड बनते हैं: जिनका घनत्व स्टील की तुलना में कम होता है, और स्लैग में निकाल दिए जाते हैं।

डिफ्यूजन डीऑक्सीडेशन स्लैग के डीऑक्सीडेशन द्वारा किया जाता है। कुचले हुए रूप में फेरोमैंगनीज, फेरोसिलिकॉन और एल्यूमीनियम को स्लैग की सतह पर लोड किया जाता है। डीऑक्सीडाइज़र, आयरन ऑक्साइड को कम करके, स्लैग में इसकी सामग्री को कम करते हैं। नतीजतन, स्टील में घुला आयरन ऑक्साइड स्लैग में बदल जाता है। इस प्रक्रिया के दौरान बनने वाले ऑक्साइड स्लैग में रहते हैं, और कम हुआ लोहा स्टील में चला जाता है, जबकि स्टील में गैर-धातु समावेशन की मात्रा कम हो जाती है और इसकी गुणवत्ता बढ़ जाती है।

डीऑक्सीडेशन की डिग्री के आधार पर, स्टील्स को गलाया जाता है:

ए) शांत

बी) उबालना

ग) अर्ध-शांत।

भट्ठी और करछुल में पूर्ण डीऑक्सीडेशन द्वारा शांत स्टील प्राप्त किया जाता है।

भट्टी में उबलता स्टील पूरी तरह से डीऑक्सीडाइज़ नहीं होता है। आयरन ऑक्साइड और कार्बन की परस्पर क्रिया के कारण, पिंड के जमने के दौरान सांचे में इसका डीऑक्सीडेशन जारी रहता है:

परिणामी कार्बन मोनोऑक्साइड स्टील से निकलती है, जो स्टील से नाइट्रोजन और हाइड्रोजन को हटाने में मदद करती है, गैसें बुलबुले के रूप में निकलती हैं, जिससे यह उबलता है। उबलते स्टील में गैर-धात्विक समावेशन नहीं होता है, इसलिए इसमें अच्छा लचीलापन होता है।

अर्ध-शांत स्टील में शांत और उबलने के बीच एक मध्यवर्ती डीऑक्सीडेशन होता है। स्टील में मौजूद आयरन ऑक्साइड और कार्बन की परस्पर क्रिया के कारण आंशिक रूप से यह भट्ठी और करछुल में और आंशिक रूप से सांचे में डीऑक्सीडाइज़ होता है।

स्टील में फेरोअलॉय या शुद्ध धातुओं को शामिल करके मिश्रधातु बनाई जाती है आवश्यक मात्रापिघल में. मिश्रधातु तत्व, जिनमें ऑक्सीजन के प्रति आकर्षण लोहे की तुलना में कम होता है, पिघलने और ढलाई के दौरान ऑक्सीकरण नहीं करते हैं, इसलिए उन्हें पिघलने के दौरान किसी भी समय पेश किया जाता है। मिश्रधातु तत्व, जिनमें ऑक्सीजन के प्रति आकर्षण लोहे की तुलना में अधिक होता है, को डीऑक्सीडेशन के बाद या इसके साथ ही पिघलने के अंत में और कभी-कभी करछुल में धातु में पेश किया जाता है।

इस्पात गलाने की विधियाँ

कच्चा लोहा विभिन्न ऑपरेटिंग सिद्धांतों की धातुकर्म इकाइयों में स्टील में परिवर्तित किया जाता है: खुली चूल्हा भट्टियां, ऑक्सीजन कन्वर्टर्स, इलेक्ट्रिक भट्टियां।

खुली चूल्हा भट्टियों में इस्पात का उत्पादन

खुली चूल्हा प्रक्रिया (1864-1865, फ़्रांस)। सत्तर के दशक तक की अवधि में यह इस्पात उत्पादन की मुख्य विधि थी। विधि को अपेक्षाकृत कम उत्पादकता, द्वितीयक धातु - स्टील स्क्रैप का उपयोग करने की संभावना की विशेषता है। भट्टी की क्षमता 200...900 टन है। यह विधि उच्च गुणवत्ता वाला स्टील प्राप्त करना संभव बनाती है।

खुली चूल्हा भट्टी (अंजीर) उपकरण और संचालन के सिद्धांत के अनुसार एक लौ परावर्तक पुनर्योजी भट्टी है। गैसीय गैस को पिघलने वाले कक्ष में जलाया जाता है

ईंधन या तेल. गर्मीपिघली हुई अवस्था में स्टील प्राप्त करने के लिए, यह भट्टी गैसों की ऊष्मा पुनर्प्राप्ति द्वारा प्रदान किया जाता है।

आधुनिक खुली भट्ठी लम्बी होती है क्षैतिज दिशादुर्दम्य ईंटों से बना कक्ष। कार्यशील पिघलने का स्थान नीचे से चूल्हा 12 द्वारा, ऊपर से तिजोरी 11 द्वारा सीमित है , और सामने की तरफ से 5 और पीछे की 10 दीवारें। चूल्हा भट्ठी की दीवारों की ओर ढलान के साथ स्नानागार के आकार का है। सामने की दीवार में चार्ज और फ्लक्स की आपूर्ति के लिए लोडिंग विंडो 4 हैं, और पीछे की दीवार में तैयार स्टील की रिहाई के लिए एक उद्घाटन 9 है।

चावल। 2. खुली चूल्हा भट्टी की योजना

कार्य स्थान की विशेषता भट्टी के चूल्हे का क्षेत्र है, जिसकी गणना लोडिंग विंडो की दहलीज के स्तर पर की जाती है। फर्नेस हेड 2 पिघलने वाले स्थान के दोनों सिरों पर स्थित होते हैं, जो ईंधन को हवा के साथ मिलाने का काम करते हैं और इस मिश्रण को पिघलने वाले स्थान पर आपूर्ति करते हैं। ईंधन के रूप में उपयोग किया जाता है प्राकृतिक गैस, ईंधन तेल।

कम कैलोरी वाली गैस पर काम करते समय हवा और गैस को गर्म करने के लिए, भट्ठी में दो पुनर्योजी होते हैं 1.

पुनर्योजी - एक कक्ष जिसमें एक नोजल रखा जाता है - एक पिंजरे में रखी एक आग रोक ईंट, जिसे हवा और गैसों को गर्म करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

भट्ठी से निकलने वाली गैसों का तापमान 1500 ... 1600 0 C होता है। पुनर्योजी में प्रवेश करने पर, गैसें पैकिंग को 1250 0 C के तापमान तक गर्म कर देती हैं। पुनर्योजी में से एक के माध्यम से हवा की आपूर्ति की जाती है, जो, से होकर गुजरती है पैकिंग, 1200 0 C तक गर्म होती है और भट्ठी के सिर में प्रवेश करती है, जहां यह ईंधन के साथ मिश्रित होती है, सिर के आउटलेट पर एक टॉर्च 7 बनती है, जो चार्ज 6 की ओर निर्देशित होती है।

निकास गैसें विपरीत सिर (बाएं), सफाई उपकरणों (स्लैग टैंक) से होकर गुजरती हैं, जो गैस से स्लैग और धूल के कणों को अलग करने का काम करती हैं, और दूसरे पुनर्योजी में भेजी जाती हैं।

ठंडी गैसें चिमनी 8 के माध्यम से भट्ठी से बाहर निकलती हैं।

दाएँ पुनर्योजी के नोजल के ठंडा होने के बाद, वाल्व स्विच कर दिए जाते हैं, और भट्ठी में गैस का प्रवाह दिशा बदल देता है।

लौ टॉर्च का तापमान 1800 0 C तक पहुँच जाता है। टॉर्च भट्ठी और चार्ज के कार्य स्थान को गर्म करती है। टार्च पिघलने के दौरान चार्ज अशुद्धियों के ऑक्सीकरण में योगदान देता है।

पिघलने की अवधि 3…6 घंटे है, बड़ी भट्टियों के लिए - 12 घंटे तक। तैयार पिघल को स्थित एक छिद्र के माध्यम से छोड़ा जाता है पीछे की दीवारचूल्हे के निचले स्तर पर. छेद को कम-केकिंग दुर्दम्य सामग्री से कसकर बंद कर दिया जाता है, जो पिघलने पर बाहर निकल जाता है। भट्टियाँ लगातार चलती रहती हैं, जब तक कि वे बड़ी मरम्मत के लिए बंद न हो जाएँ - 400 ... 600 ताप।

गलाने में प्रयुक्त चार्ज की संरचना के आधार पर, खुली चूल्हा प्रक्रिया की किस्में होती हैं:

स्क्रैप-प्रक्रिया, जिसमें चार्ज में स्टील स्क्रैप (स्क्रैप) और 25 ... 45% पिग पिग आयरन होता है, इस प्रक्रिया का उपयोग उन संयंत्रों में किया जाता है जहां ब्लास्ट फर्नेस नहीं होते हैं, लेकिन बहुत अधिक स्क्रैप धातु होती है।

स्क्रैप-अयस्क प्रक्रिया, जिसमें चार्ज में तरल लोहा (55 ... 75%), स्क्रैप और लौह अयस्क होते हैं, इस प्रक्रिया का उपयोग ब्लास्ट फर्नेस के साथ धातुकर्म संयंत्रों में किया जाता है।

भट्ठी की परत क्षारीय और अम्लीय हो सकती है। यदि स्टील को पिघलाने की प्रक्रिया में स्लैग में बेसिक ऑक्साइड की प्रधानता हो तो इस प्रक्रिया को कहा जाता है मुख्यखुले चूल्हे की प्रक्रिया, और यदि खट्टा हो - खट्टा.

स्टील की सबसे बड़ी मात्रा एक बुनियादी अस्तर के साथ खुली चूल्हा भट्टियों में स्क्रैप-अयस्क प्रक्रिया द्वारा उत्पादित की जाती है।

लौह अयस्क और चूना पत्थर को भट्ठी में लोड किया जाता है, और गर्म करने के बाद स्क्रैप को डाला जाता है। स्क्रैप को गर्म करने के बाद तरल लोहे को भट्ठी में डाला जाता है। पिघलने की अवधि के दौरान, अयस्क और स्क्रैप लोहे के ऑक्साइड के कारण अशुद्धियाँ तीव्रता से ऑक्सीकृत हो जाती हैं: सिलिकॉन, फास्फोरस, मैंगनीज और, आंशिक रूप से, कार्बन। ऑक्साइड लौह और मैंगनीज ऑक्साइड (आयरन स्लैग) की उच्च सामग्री के साथ एक स्लैग बनाते हैं। उसके बाद, स्नान के "उबलने" की अवधि को पूरा किया जाता है: लौह अयस्क को भट्ठी में लोड किया जाता है और स्नान को पाइप 3 के माध्यम से आपूर्ति की गई ऑक्सीजन से शुद्ध किया जाता है। इस समय, भट्ठी को ईंधन और हवा की आपूर्ति बंद कर दी जाती है और स्लैग हटा दिया जाता है।

सल्फर को हटाने के लिए, स्लैग की चिपचिपाहट को कम करने के लिए बॉक्साइट के साथ धातु के दर्पण में चूना लगाकर नया स्लैग डाला जाता है। स्लैग में सामग्री बढ़ती और घटती रहती है।

"उबलने" की अवधि के दौरान, कार्बन तीव्रता से ऑक्सीकरण होता है, इसलिए मिश्रण में कार्बन की अधिकता होनी चाहिए। इस स्तर पर, धातु को एक पूर्व निर्धारित रासायनिक संरचना में लाया जाता है, गैसों और गैर-धातु समावेशन को इसमें से हटा दिया जाता है।

फिर धातु को दो चरणों में डीऑक्सीडाइज़ किया जाता है। सबसे पहले, डीऑक्सीडेशन धातु के कार्बन को ऑक्सीकरण करके आगे बढ़ता है, साथ ही स्नान में डीऑक्सीडाइज़र - फेरोमैंगनीज, फेरोसिलिकॉन, एल्यूमीनियम - की आपूर्ति करता है। एल्यूमीनियम और फेरोसिलिकॉन के साथ अंतिम डीऑक्सीडेशन करछुल में किया जाता है, जब स्टील को भट्टी से निकाला जाता है। नियंत्रण नमूनों के चयन के बाद, स्टील को करछुल में छोड़ दिया जाता है।

मुख्य खुली चूल्हा भट्टियों में, उच्च-मिश्र धातु स्टील्स और मिश्र धातुओं को छोड़कर, कार्बन संरचनात्मक स्टील्स, निम्न- और मध्यम-मिश्र धातु (मैंगनीज, क्रोमियम) स्टील्स को पिघलाया जाता है, जो पिघलने वाली इलेक्ट्रिक भट्टियों में प्राप्त होते हैं।

उच्च गुणवत्ता वाले स्टील को एसिड ओपन-चूल्हा भट्टियों में गलाया जाता है। सल्फर और फास्फोरस की कम मात्रा वाले मिश्रण का उपयोग किया जाता है।

स्टील में कम हाइड्रोजन और ऑक्सीजन, गैर-धात्विक समावेशन होते हैं। नतीजतन, एसिड स्टील में उच्च यांत्रिक गुण होते हैं, विशेष रूप से प्रभाव शक्ति और लचीलापन, इसका उपयोग विशेष रूप से महत्वपूर्ण भागों के लिए किया जाता है: बड़े इंजनों के क्रैंकशाफ्ट, शक्तिशाली टरबाइन रोटर, बॉल बेयरिंग।

खुली चूल्हा भट्टियों में इस्पात उत्पादन के मुख्य तकनीकी और आर्थिक संकेतक हैं:

· भट्टी की उत्पादकता - प्रति दिन चूल्हा क्षेत्र के 1 मी 2 से स्टील हटाना (प्रति दिन टी/एम 2), औसत 10 टी/एम 2; आर

· प्रति 1 टन स्टील गलाने पर ईंधन की खपत औसतन 80 किग्रा/टन होती है।

भट्टियों के बढ़ने से उनकी आर्थिक दक्षता बढ़ती है।

ऑक्सीजन कन्वर्टर्स में स्टील का उत्पादन

बीओएफ प्रक्रिया - मुख्य अस्तर के साथ एक कनवर्टर में तरल लोहे से स्टील गलाना और पानी से ठंडा ट्यूयर के माध्यम से ऑक्सीजन प्रवाहित करना।

1933-1934 में पहला प्रयोग - मस्तिष्क।

में औद्योगिक पैमाने पर- 1952-1953 में लिंज़ और डोनाविट्ज़ (ऑस्ट्रिया) में कारखानों में - एलडी प्रक्रिया कहा जाता था। वर्तमान में, स्टील के बड़े पैमाने पर उत्पादन में यह विधि मुख्य है।

ऑक्सीजन कनवर्टर स्टील शीट से बना एक नाशपाती के आकार का बर्तन है, जो एक मुख्य ईंट से बना होता है।

कनवर्टर क्षमता - 130 ... 350 टन तरल लोहा। ऑपरेशन के दौरान, कनवर्टर स्क्रैप लोड करने, लोहा डालने, स्टील और स्लैग निकालने के लिए 360 0 घुमा सकता है।

ऑक्सीजन-कनवर्टर प्रक्रिया की चार्ज सामग्री तरल पिग आयरन, स्टील स्क्रैप (30% से अधिक नहीं), स्लैग मार्गदर्शन के लिए चूना, लौह अयस्क, साथ ही स्लैग द्रवीकरण के लिए बॉक्साइट और फ्लोरस्पार हैं।

ऑक्सीजन कन्वर्टर्स में इस्पात निर्माण में तकनीकी संचालन का क्रम अंजीर में दिखाया गया है। 3.

चावल। 3. ऑक्सीजन कन्वर्टर्स में इस्पात निर्माण में तकनीकी संचालन का क्रम

स्टील के अगले पिघलने के बाद, आउटलेट छेद को एक दुर्दम्य द्रव्यमान से सील कर दिया जाता है और अस्तर का निरीक्षण और मरम्मत की जाती है।

पिघलने से पहले, कनवर्टर को झुकाया जाता है, स्क्रैप चावल को भरने वाली मशीनों की मदद से लोड किया जाता है। (3. ए), कच्चा लोहा 1250 ... 1400 0 सी के तापमान पर डाला जाता है (चित्र 3. बी)।

उसके बाद, कनवर्टर को काम करने की स्थिति में बदल दिया जाता है (चित्र 3. सी), एक ठंडा ट्यूयर अंदर डाला जाता है और 0.9 ... 1.4 एमपीए के दबाव पर इसके माध्यम से ऑक्सीजन की आपूर्ति की जाती है। उड़ाने की शुरुआत के साथ ही चूना, बॉक्साइट और लौह अयस्क को एक साथ लोड किया जाता है। ऑक्सीजन धातु में प्रवेश करती है, इसे कनवर्टर में प्रसारित करती है और स्लैग के साथ मिश्रित करती है। तुयेरे के नीचे 2400 0 C का तापमान विकसित होता है। ऑक्सीजन जेट और धातु के बीच संपर्क क्षेत्र में लोहे का ऑक्सीकरण होता है। आयरन ऑक्साइड स्लैग और धातु में घुल जाता है, जिससे धातु ऑक्सीजन से समृद्ध हो जाती है। घुली हुई ऑक्सीजन धातु में सिलिकॉन, मैंगनीज, कार्बन का ऑक्सीकरण करती है और उनकी सामग्री कम हो जाती है। ऑक्सीकरण के दौरान निकलने वाली गर्मी से धातु गर्म होती है।

फास्फोरस को ऑक्सीजन के साथ स्नान की शुरुआत में हटा दिया जाता है, जब इसका तापमान कम होता है (कच्चे लोहे में फास्फोरस की मात्रा 0.15% से अधिक नहीं होनी चाहिए)। फॉस्फोरस की बढ़ी हुई सामग्री के साथ, इसे हटाने के लिए, स्लैग को निकालना और एक नया डालना आवश्यक है, जो कनवर्टर के प्रदर्शन को कम करता है।

पूरे पिघलने के दौरान सल्फर को हटा दिया जाता है (कच्चे लोहे में सल्फर की मात्रा 0.07% तक होनी चाहिए)।

जब धातु में कार्बन की मात्रा निर्दिष्ट मान से मेल खाती है तो ऑक्सीजन की आपूर्ति समाप्त हो जाती है। उसके बाद, कनवर्टर को घुमाया जाता है और स्टील को लैडल में छोड़ दिया जाता है (चित्र 3. डी), जहां इसे फेरोमैंगनीज, फेरोसिलिकॉन और एल्यूमीनियम के साथ वर्षा विधि द्वारा डीऑक्सीडाइज़ किया जाता है, फिर स्लैग को सूखा दिया जाता है (चित्र 3. ई) .

ऑक्सीजन कन्वर्टर्स में, विभिन्न कार्बन सामग्री वाले स्टील, उबलते और शांत, साथ ही कम-मिश्र धातु स्टील को गलाया जाता है। स्टील को इसमें डालने से पहले पिघले हुए रूप में मिश्र धातु तत्वों को करछुल में डाला जाता है।

130...300 टन की क्षमता वाले कन्वर्टर्स में पिघलना 25...30 मिनट में समाप्त हो जाता है।

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9. पदार्थ विज्ञान. संरचनात्मक सामग्री प्रौद्योगिकी: ट्यूटोरियलविश्वविद्यालय के छात्रों के लिए, प्रशिक्षण। उदाहरण के लिए "इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग, इलेक्ट्रोमैकेनिक्स और इलेक्ट्रोटेक्नोलॉजीज" / ए.वी. शिश्किन और अन्य; वी.एस. के संपादन में चेरेड्निचेंको। - तीसरा संस्करण, मिटाया गया। - एम.: ओमेगा-एल, 2007. - 751एस.: बीमार। (उच्च तकनीकी शिक्षा)। - (ट्यूटोरियल)

10. ड्रिट्स एम.ई., मोस्कालेव एम.ए. संरचनात्मक सामग्री और सामग्री विज्ञान की प्रौद्योगिकी: प्रो. गैर-मशीन-निर्माण विशेष के छात्रों के लिए। विश्वविद्यालय. - एम.: हायर स्कूल, 2005। - 446 पी., बीमार।

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