はじめに

多くの高校生・受験生が「暗記不十分」な状態で放置している無機化学。このページでは、鉄の工業的製法について、流れから銑鉄・スラグ・鋼などの説明まで1から丁寧に解説していく。ぜひこの機会に知識を定着させ、ライバルと差をつけよう!


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工業的製法の流れ・仕組み

STEP1 溶鉱炉内に鉄鉱石(Fe2O3)・コークス(C)・石灰石(CaCO3)を入れ、熱風を吹き込む
→ COが発生
→ COによりFe2O3が還元
→ 銑鉄が生成
STEP2 転炉で、融解した銑鉄にO2を吹き込む
→ 鋼が生成
Point!

鉄の工業的製法はこの2STEPで行われる。銅の製法アルミニウムの製法と比べると手順も少なくアッサリしているが、入試で頻出の大切なところなので油断しないで見ていこう。

STEP1

溶鉱炉に鉄鉱石(主成分:Fe2O3)・コークスC・石灰石CaCO3を入れ、熱風を吹き込む

まずは、溶鉱炉に鉄鉱石(主成分:Fe2O3)・コークスC・石灰石CaCO3を入れ、熱風を吹き込む。

\[
CaCO_{3}→CaO+CO_{2}\\
C+O_{2}→CO_{2}\\
C+CO_{2}→2CO
\]

熱風により石灰石CaCO3の熱分解及びコークスCの燃焼が起こり二酸化炭素CO2が生じる。このCO2をコークスの存在下で加熱すると一酸化炭素COになる。

\[
3Fe_{2}O_{3}+CO→2Fe_{3}O_{4}+CO_{2}\\
Fe_{3}O_{4}+CO→3FeO+CO_{2}\\
FeO+CO→Fe+CO_{2}
\]

Fe2O3が段階的に還元されて銑鉄(Fe)となる。(全体の反応式は次の通り)

\[
Fe_{2}O_{3}+3CO→2Fe+3CO_{2}
\]

銑鉄は炭素を多く含み(C>2%)、硬くてもろいという性質がある。

また、不純物として鉄鉱石に含まれていたSiO2やAl2O3が石灰石の熱分解で生じたCaOと反応して、CaSiO3やCa(AlO2)2に変化したものをスラグということも覚えておこう。

STEP2

転炉で、融解した銑鉄に酸素O2を吹き込み、鋼を得る

最後に、転炉で、融解した銑鉄に酸素O2を吹き込むことでを得る。

鋼は(銑鉄と異なり)炭素をほとんど含んでおらず(0.02%<C<2%)、粘り気があってかたいという性質をもつ。

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