Особливості підвищення ефективності навчальної діяльності в спеціалізованих класах з поглибленим вивченням хімії на уроках з теми "Залізо та його сполуки" (стр. 14 из 17)
Характерні риси металургії.
 |
Учитель географії. Чорна металургія – провідна гулузь промисловості в Україні? (Бесіда).
Відповідь:
Цьому сприяють такі фактори:
1). Гарна сировина база та вигідне розміщення;
2). Густа транспортна мережа;
3) достатня кількість висококваліфікованих кадрів;
4). Наявність важкого машинобудування;
5).Велика кількість металобрухту.
Галузева структура металургійного комплексу (МК)
Учитель хімії. Сьогодні ми ознайомимося з чорною металургією України. Але з чого ж усе почалося?
Випереджальне завдання учня.
Залізо почали видобувати скіфи у ІІ тис. до н.е., масове виготовлення зброї почалося у І тис. до н.е. Один із центрів з виробництва заліза існував з кінця І тис. до н.е. у Закарпатті. За часів Київської Русі набув поширення так званий сиродутний процес одержання заліза способом безпосереднього відновлення залізних руд деревним вугіллям у горнах.
У XIV – XVIII ст. на Поліссі, Київщині, у Прикарпатті й Галичині здійснювалося виробництво металу в горах і примітивних домицях.
Заводське виробництво чорних металів в Україні набуло розвитку наприкінці ХІХ ст. одночасно з промисловою розробкою покладів кам’яного вугілля в Донбасі й залізних руд – у Криворізькому та Керченському басейнах. Перша доменна піч, що працювала на кам’яному вугіллі, була споруджена на початку ХІХ ст. в Луганську. З 80-х рр. ХІХ ст. великі металургійні заводи, що використовували кокс, будувалися в Україні на Придніпров’ї. Перший такий завод став до ладу у 1872р. в Юзівці (нині Донецьк). У 1913р. в Україні була зосереджена переважна частина виробництва металу тодішньої Росії. Діяло 42 доменні та 72 мартенівські печі, 28 конвертерів.
Учитель географії. Чорна металургія – складна галузь. До неї належать виробництва, різні за організацією та технологією.
Учитель хімії (ставить проблемні питання).
1. Чому залізну руду одразу не можна відправляти на виплавку чавуну? (Потрібне очищення.
2. Навіщо її збагачують, тобто підвищують концентрацію сполук Феруму? (Для підвищення швидкості хімічної реакції одержання металів).
Робота з атласом.
Учитель географії. Що є сировиною для чорної металургії?
Учні знаходять на карті знаки:
- Кам’яне вугілля.
- Залізна руда.
- Манган.
- Флюси.
Учитель хімії. Назвіть залізні руди, напишіть їхні формули.
(Fe3O4 – магнітний залізняк, магнетит; Fe2O3 – червоний залізняк, гематит; Fe2O3 – бурий залізняк, лимоніт; FeS2 – пірит).
Учитель географії. Де на території України є родовища залізної руди? Манган Mn використовують для підвищення якості металу. Він надає твердість сталі, запобігаєокисненню заліза під час виробництва чавуну.
- флюси (вапняк, глинозем, кварц) додають до руди для очищення гарячого металу та отримання шлаків з певними властивостями).
Вогнетривкі глини (каолін, доломіт) використовують для запобігання руйнуванню доменних печей за умов роботи за дуже високої температури.
Робота в групах.
1. Які родовища залізної руди ви знаєте?
2. Складіть стислу характеристику кожного з них.
3. Які екологічні проблеми виникають під час видобування сировини?
Учитель хімії. Існує кілька способів виробництва чорних металів.
Способи виробництва чорних металів
Металургія повного циклу (виробництво чавуну, сталі прокату).
Переробна металургія (виробництво сталі, прокату з чавуну, металобрухту).
Електрометалургія (виробництво феросплавів, електросталей).
Для чорної металургії характерні комбінування та концентрація виробництва на великих підприємствах. Коли на підприємстві організовано виробництво повного циклу, тобто від чавуну до прокату, такі підприємства називаються комбінатами.
Практична робота.
Учитель хімії. Складайте схему комбінату чорної металургії.
Учитель хімії. Що є сировиною у виробництві чавуну та сталі?
Сировиною у виробництві чавуну є залізна руда, що містить також порожню породу, до складу якої входять сполуки Силіцію (SiО2), Мангану (МnО2), Алюмінію (А12О3), Фосфору (Са3(РО4)3), Сульфуру(FeS2, СаSО4) та ін. Перед плавкою руду збагачують — виділяють з неї певну частину порожньої породи, великі шматки руди подрібнюють, а пилоподібну руду спікають із вугіллям — піддають агломерації.
(Умовний знак 1. Залізна руда. Аглофабрика).
Сировиною у виробництві сталі є чавун переробний, кисень, флюси, руда (частково), металобрухт (частково).
Яка різниця між чавуном і сталлю? Чавун і сталь — сплави на основі заліза. Основна різниця між ними — вміст вуглецю. Якщо вміст вуглецю перевищує 4%, то сплав називають чавуном. Якщо ж уміст вуглецю пе-ребуває в межах 0,5—2 %, то сплав називають сталлю. Чавун є твердим і крихким, сталь — більш м'який і і пластичний сплав. Додавання до сталі мангану підвищує стійкість до опрацювання, що дозволяє, використовувати її для виготовлення залізничних рейок. Додавання хрому збільшує стійкість до корозії, таку сталь називають неіржавіючою і(13%Сr).
(Умовний знак 2. Коксівне вугілля, коксовий завод)
Для одержання заліза потрібен відновник. Які речовини можуть відновлювати залізо з його оксидів? (Водень, алюміній, чадний газ, вуглець)
Більш доцільним є використання |вуглецю. Таким чином, для виплавки чавуну потрібно кам'яне вугілля. Отже, воно містить лише 66 % вуглецю, тому використовують відновний кокс — твердий залишок, що одержують під час коксування, тобто нагрівання вугілля до температури 1 000 °С без доступу повітря протягом 14 годин. Кокс містить 90-98 % Карбону.
(Умовний знак 3. Доменний цех)
Процес відновлення заліза відбувається у доменній печі, де протікає велика кількість реакцій, які можна поділити на групи.
1-а група. Горіння коксу й утворення відновника — карбон(ІІ) оксиду з коксу та вуглекислого газу.
С + О2=СО2+Q; СО2+С = 2СО
2-а група. Відновлення ферум(Ш) оксиду карбон(ІІ) оксидом. Процес протікає упродовж трьох послідовних стадій за схемою:
Fе2О3 ---> Fе3О4 ---> FеО ---> F;w(Fе)70% 72% 76%
3-я група. Відновлення домішок. Завдяки цим реакціям багато елементів порожньої породи переходять у чавун.
4-а група. Утворення чавуну.
Залізо утворюється у твердому стані. Губчасті грудочки його легко вбирають Карбон та інші елементи й перетворюються на чавун.
ЗFе + С = Fе3С;ЗFе + 2СО = Fе3С + СО2
5-а група. Утворення шлаку.
У доменну піч разом з рудою потрапляє також порожня порола, що містить SіО2 та інші речовини, що є дуже тугоплавкими й можуть закупорити піч. їх переводять у легкоплавкі сполуки і шлак за допомогою флюсів.
СаСО3=СаO+СO2
СаО + SіО2=СаSіО3
Робота з підручником і таблицею «Будова доменної печі»
Проблемні питання
1.Чому домна має вигляд башти?
2.Чому шихта доменної печі має форму зрізаного конуса з великою основою внизу?
3. Чим пояснити збільшення товщини стін домни в її нижній частині? 4. Чому заплечики домни мають форму зрізаного конусу з меншою основою внизу?
5. Габарити сучасної доменної печі її продуктів.
(Умовний знак 4. Цех сталеваріння)
Більшість реакцій, як і доменному процесі, є окисно-відновними.
1-а група реакцій – окиснення заліза.
2Fe+O2=2FeO+Q
Окисник – повітря, водяна пара.
Із залізної руди, металобрухту утворюються:
Fе + Fе3О4--->4FеО
2-а група реакцій — окиснення домішок (Sі, Мn, Р) ферум(ІІ) оксидом протікає за типом заміщення.
3-я група реакцій — усунення сполук Сульфуру та Фосфору негашеним і вапном СаО (утворення шлаків):
ЗСаО + Р2О5=Са3(РО4)2
СаО + SіО2--->СаSiO3
Шлак спливає на поверхню, а ферум(ІІ) оксид залишається в розплаві сталі.
Усунення оксиду FеО називають розкисненням сталі. (Відновник — А1, Мn.)
Позадоменне виробництво сталі:
• киснево-конвертерний спосіб;
• електрометалургійний спосіб;
• порошкова металургія.
Киснево-конвертерний спосіб виплавки сталі використовується з 1956 року. Він значно економніший, дозволяє переплавляти металобрухт, дає можливість контролювати кількість та якість сталі. Не потребує додаткового палива у вигляді природного газу. Процес виплавки триває до 50 хвилин (мартенівська плавка триває 6—12 годин)
Електрометалургія виробляє найякіснішу сталь за умов низького забруднення навколишнього середовища. За технологією виплавки в дугових та індуктивних печах, крім рудного агломерату, використовують металобрухт.
Завдяки запровадженню електричних та конвертерних печей виникла порошкова металургія, яка дозволяє використовувати порошки металів, виробляти сплави з різними властивостями, що за звичайних умов виробити неможливо.
Учитель хімії. Залізо та його сплави є основними технічними матеріалами. Без них не обходиться жодна галузь. З них виготовляють верстати й автомобілі, кораблі й мости, арматуру-для залізобетонних конструкцій і жерсть для консервних банок, дахове залізо і сільськогосподарські машини, труби та інструменти, побутові вироби тощо.
{Умовний знак 5. Прокатний цех)
Проблеми та перспективирозвитку чорної металургії
Проблемна бесіда
Які екологічні проблеми має чорна металургія?
1. Підчас:
а)шахтного способу видобування руд просідає земля, залишаються терикони;
б)кар'єрного способу видобування знижується рівень ґрунтових вод, зникає вода з криниць.