eisen & stahl

Eisen und Stahl

© stu 2004/05/09

Eisen

Eisen kommt zu ca. 5% in der Erdkruste vor, allerdings ist es vermutlich das am häufigsten vorkommende Element in der Erde, da es einen Großteil des Erdkerns darstellt. Die Dichte ist ca. 7,8 g/cm³, der Schmelzpunkt liegt bei ca. 1500 °C.
Eisen ist ein Spurenelement - ein Mensch (70kg) enthält ca. 4 g Eisen, hauptsächlich im Hämoglobin (roter Blutfarbstoff, transportiert den Sauerstoff im Blut).

Zur Herstellung von Eisen und Stahl werden folgende Eisenerze verwendet:
FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄ (Gemisch aus FeO und Fe₂O₃), FeCO₃ und FeS₂(Pyrit).

Bevor man im Hochofen aus dem Eisenerz das Eisen gewinnen kann, muss der Schwefel entfernt werden. Dies geschieht beim "Rösten"(Erhitzen in Gegenwart von Sauerstoff):

1) ..... FeS₂ + ..... O₂ => ..... Fe₂O₃ + ..... SO₂
2) Eisencarbonat zerfällt in der Hitze in Eisen-(II)-oxid undKohlendioxid.
3) Eisen-(II)-oxid und Sauerstoff reagieren zu Eisen-(III)-oxid. (siehe Lösungsseite)

In den Hochofen kommen:

Erz (Eisenoxide), Koks (ziemlich reiner Kohlenstoff) und Kalk (zur besseren Schlackenbildung) sowie Luft fürdie Verbrennung des Koks.
Koks verbrennt im unteren Teil des Hochofens, es bildet sich CO (da es sehr heiß ist). Das CO steigt auf und reagiert mit dem Eisenoxid ("nimmt dem Eisen den Sauerstoff weg").
Das elementare Eisen sammelt sich am Boden, man läßt es in bestimmten Zeitabständen herausrinnen ("Abstich").

Aus dem Hochofen kommen:

Roheisen, darauf schwimmt die Schlacke (Verunreinigungen des Erzes + Kalk) und das sogenannte Gichtgas.

Eine schönere und genauere Abbildung gibt es hier: Hochofen (Uni Bayreuth)

4) Aus Kohlenstoff und Sauerstoff entsteht Kohlenmonoxid.
5) Eisen-(II)-oxid wird mit Kohlenmonoxid reduziert, dabei entsteht Eisen und Kohlendioxid.
6) Eisen-(III)-oxid wird mit Kohlenmonoxid reduziert, dabei entsteht Eisen und Kohlendioxid. (siehe Lösungsseite)

Roheisen	Schlacke
enthält 3,5-4% C, bis 1% Si, 2-3,5% Mn, P und S. Vor allem der Kohlenstoffgehalt muss verringert werden, da Roheisen zu spröde ist.	Gemisch aus Metalloxiden,-sulfiden, -chloriden und -fluoriden, Verwendung als Bau- und Isolierstoff.

Aus 2 t Erz + 0,5 t Kalk
+ 1 t Koks + 5,5 t Luft

werden

1 t Schlacke + 1 t Roheisen
+ 7 t Gichtgas

Stahl

Stahl ist schmiedbares Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt unter 2,1%. Je nach gewünschten Eigenschaften werden verschiedene andere Metalle (Mn, Al, Si, Zr, V, Co, Ni, W, Cr, etc.) zugesetzt.
Vorher wird der Kohlenstoff-Gehalt des Roheisens durch Aufblasen von Sauerstoff verringert ( LD-Verfahren):

Auf das heiße Roheisen wird Sauerstoff geblasen,dabei werden Kohlenstoff und andere unerwünschte Stoffe oxidiert. Die Oxide gehen in die Schlacke oder sie entweichen als Gase.

Die Hitze, die bei der Oxidation frei wird, nutzt man zum Einschmelzen von Schrott.

7) Kohlenstoff wird zu Kohlendioxid oxidiert.
8) Aus Schwefel und Sauerstoff bildet sich Schwefeldioxid.
9) Silizium wird zu Siliziumdioxid oxidiert.
10) Aus Mangan und Sauerstoff wird Mangan-(IV)-oxid. (siehe Lösungsseite)

Eisen, Stahl & Edelstahl (Uni Bayreuth)

Tinte und Tinten-Killer

"Berliner-Blau" - ein Farbstoff für Tinten - ist eine Eisenverbindung.
Diese Reaktion dient auch als Eisen-Nachweis (siehe links).

Berliner-Blau entfärbt sich bei der Reaktion mit NaHSO₃(siehe rechts).
Wenn man eine NaHSO₃-Lösung auf ein feuchtes Papiertaschentuch gibt, kann man damit Tinte im Chemie-Heft löschen.

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