Применение кислорода в металлургии реферат

Обновлено: 02.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Государственное бюджетное образовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа №225 Адмиралтейского района Санкт-Петербурга

Школа БИОТОП Лаборатории непрерывного математического образования

2. Кислород как химический элемент

2.1. Характеристики и свойства кислорода………….……………………………………. 4

Что нам известно о таком простом и естественном процессе, как дыхание? Конечно, мы знаем, что дышать человек может только в атмосфере Земли. Происходит это благодаря наличию в её составе такого компонента, как кислород. Известно, что без пищи человек может выжить несколько недель, без воды – несколько дней, а вот без кислорода – максимум несколько минут (да и то, если речь идет о тренированных дайверах). Практически всё, что нас окружает и что есть в нашем организме, содержит кислород или нуждается в его поступлении для поддержания жизнедеятельности. Свойства и значение этого химического элемента продолжают изучаться, находятся новые способы его использования в интересах человека.

В данной работе мы кратко рассмотрим свойства кислорода, историю его открытия; узнаем о содержании его в различных естественных средах, а также о способах получения чистого кислорода и сферах его применения.

Кислород как химический элемент

2.1 Характеристики и свойства кислорода

Кислород - элемент второго периода 16й группы Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Обозначается буквой О (от лат. Oxygenium ). Атомный номер – 8. Кислород – химически активный неметалл, самый легкий элемент их относящихся к группе халькогенов. Молекула кислорода состоит из двух атомов, обозначается формулой О2. В обычных условиях кислород представляет собой бесцветный газ без вкуса и запаха, несколько тяжелее воздуха. При охлаждении до -182,9 С кислород переходит в жидкую форму (жидкость светло-голубого цвета). Твердый кислород (охлаждение до -218,7 С) имеет кристаллическую структуру, это вещество также голубого цвета. Кислород растворяется в воде в небольших количествах (лучше, чем азот и водород).

Кислород является очень сильным окислителем, вступает в реакцию почти со всеми элементами, кроме инертных газов, золота и платины. Большинство реакций соединения веществ с кислородом сопровождается выделением тепла и света (такие процессы называют горением).

2.2. Кислород в природе

Кислород – самый распространенный элемент земной коры. Простое вещество О2 входит в состав атмосферы, составляя по объёму 21% воздуха. Молекулярный кислород находится в воде и почве. Также много кислорода и в твердых породах Земли. Известно около 1400 минералов, где кислород содержится в связанном виде, образуя разнообразные химические соединения. Самое простое и распространенное среди них – диоксид кремния SiO 2 – основа песка.

Кислород входит в состав органических молекул, а также в силу окислительных свойств обеспечивает процесс разложения органических веществ (гниение, брожение).

Кислород в природе существует также в виде аллотропной модификации – озона – трехатомной молекулы кислорода О3. Озон – голубоватый газ с характерным запахом, образуется при электрических разрядах в атмосфере и под действием ультрафиолетового солнечного излучения. Озон присутствует в атмосфере Земли на высоте 25 км, задерживая и поглощая опасные излучения Солнца.

Открытие кислорода

Впервые кислород был выделен в 1770 году известным шведским химиком К.В. Шееле путем нагревания селитры – нитрата калия KNO 3. Два года спустя он же смог выделить кислород еще несколькими способами: взаимодействием диоксида марганца MnO 2 с серной кислотой H 2 SO 4, прокаливанием перманганата калия KMnO 4 либо оксида серебра AgO 2. Несколько позже, в 1774 году, кислород выделил англичанин Д. Пристли. Он прокаливал оксид ртути HgO .

Получение кислорода

В условиях лаборатории кислород можно получить несколькими способами: путем электролиза воды либо в результате реакции термического разложения сравнительно непрочных сложных веществ (солей, оксидов и пероксидов).

В промышленности кислород получают нехимическим путем из воздуха. Воздух сжижают при низкой температуре под высоким давлением и подвергают перегонке. Азот и кислород имеют разные температуры кипения. Сначала отделяется азот, в жидком состоянии остается кислород. Кислород хранят в сжатом виде в стальных баллонах голубого цвета.

На современных атомных подводных лодках, где электрическая энергия вырабатывается в достаточном количестве, получают кислород при помощи электролиза из воды.

Использование кислорода

Поскольку все окислительные процессы протекают быстрее в чистом кислороде, чем в воздухе, кислород широко применяют в химической промышленности для производства азотной, серной и других кислот, смазочных масел. В металлургии кислород необходим для получения высококачественной стали из чугуна.

Кислород используют для получения высоких температур – например, для сварки и резки металлов используют смесь кислорода и ацетилена.

Жидкий кислород используется для окисления ракетного топлива и при производстве взрывных работ.

В медицине применение кислорода необходимо для поддержания жизни у пациентов с затрудненным дыханием, при лечении ряда заболеваний, в составе лечебных и профилактических кислородных коктейлей.

Кислород используется для нормального функционирования человека в чуждой среде или вне атмосферы Земли: на подводных лодках, при пилотировании космических аппаратов, при восхождении в горы, погружении под воду, полётах на большой высоте, а также в экипировке спасательных служб (пожарных).

Трехатомный кислород (озон) является намного более сильным окислителем чем молекулярный кислород. Он способен обезвреживать опасные химикаты и микроорганизмы, не создавая при этом новых вредных веществ. Благодаря этому свойству его используют для очистки воды и воздуха, дезинфекции, обработки продуктов питания. Также озон широко используется в медицине и косметологии.

Высокая эффективность использования кислорода в металлургии, конвертерная выплавка стали. Специфика кислородного дутья в доменных печах и особенности электросталеплавильного производства. Интенсификация процессов обжига сырья в цветной металлургии.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	презентация
Язык	русский
Дата добавления	28.12.2010
Размер файла	123,6 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

HTML-версии работы пока нет.
Cкачать архив работы можно перейдя по ссылке, которая находятся ниже.

Подобные документы

Характеристика основных технологий в черной и цветной металлургии. Классификация металлургических процессов. Сырье для черной металлургии и его добычи. Продукты металлургического производства. Дуговые электроплавильные печи, конвертеры, прокатные станы.

курсовая работа [773,0 K], добавлен 16.10.2010

Добыча, обогащение руд цветных металлов и выплавка цветных металлов и их сплавов. Цветная металлургия как отрасль национальной экономики. Основные факторы и условия функционирования и развития цветной металлургии в стране. Доля России на мировом рынке.

презентация [299,4 K], добавлен 31.05.2014

Горизонтальные конверторы с верхним отводом газов. Конструкция конвертеров цветной металлургии. Расчет основных параметров и теплового баланса конверторов цветной металлургии. Тепловой баланс конвертора. Вертикальные конверторы. Производительность.

дипломная работа [1,4 M], добавлен 29.10.2008

Тепловая работа шахтных печей цветной металлургии. Плавка кусковой руды, брикетов, агломерата и различных промежуточных продуктов металлургического производства. Шахтные печи с режимом работы на базе топочного процесса. Особенности теплообмена в слое.

курсовая работа [38,8 K], добавлен 04.12.2008

Обжиговые печи черной металлургии. Рациональная конструкция печи. Принцип действия и устройство шахтных печей. Способы отопления и режимы обжига в шахтных печах. Аэродинамический режим печи. Особенности теплообмена в слое. Шахтные и обжиговые печи.

курсовая работа [550,4 K], добавлен 04.12.2008

Металлургический комплекс России: чёрная металлургия, цветная металлургия. Структура черной металлургии. Системы технологий и промышленное производство цветной металлургии. Олово: классификация, свойства, сплавы и применение олова в других отраслях.

контрольная работа [1,9 M], добавлен 22.10.2007

Основные понятия и технологические процессы порошковой металлургии. Сущность изготовления деталей и заготовок по этому методу. Экономическая целесообразность применения порошковой металлургии в промышленности, основные направления и перспективы развития.

В металлургических печах, где выплавляются чугун и сталь, царят высокие температуры. Поэтому великий русский учёный Д. И. Менделеев назвал металлургию химией высоких температур. Кажется, ни одна отрасль промышленности не потребляет столько топлива и кислорода, сколько металлургия. Современный крупный металлургический завод, выпускающий в год один миллион тонн стали, требует два миллиона тонн угля и свыше трёх миллиардов кубических метров кислорода.

До сих пор в металлургические печи вводится воздух. Но в воздухе азота в четыре раза больше, чем кислорода. Значит, вместе с тремя миллиардами кубометров кислорода через плавильные печи нашего завода пройдёт не менее двенадцати миллиардов кубических метров азота. Этот азот является вредным балластом металлургического производства. Как много тепла необходимо затратить для бесполезного нагрева такого огромного количества азота! Если уменьшить количество азота, поступающего, например, в домну, то значительно возрастёт температура в горне, быстрее будут выгорать примеси, скорее закончится выплавка металла.

Чтобы создать в доменной печи необходимую температуру, воздух предварительно подогревают до 700 — 800 градусов. Для этого мощные воздуходувные машины нагнетают воздух в громадные, высотой до 20 метров, башни — кауперы, стоящие возле каждой домны. По величине каждый каупер лишь немного уступает самой доменной печи. Кауперы, нагретые отходящими из домны газами, передают своё тепло воздуху. Выйдя из кауперов, горячий воздух по трубопроводам поступает в доменную печь.

Металлурги определили, что, вдувая в доменную печь воздух, в ней можно достигнуть температуры в 2000 градусов. Но если количество кислорода в дутье увеличить втрое, температура в домне возрастёт до 3000 градусов и даже ещё выше. Предварительное нагревание вдуваемого в печь воздуха становится ненужным даже тогда, когда он содержит 30% кислорода.

Перед войной, в сентябре 1940 года, в СССР была пущена опытная доменная печь, работающая на дутье с увеличенным количеством кислорода. Печь давала до двухсот тонн чугуна в сутки, в 2—2,5 раза больше, чем обычная домна таких же размеров; вместе с тем сокращался расход топлива — кокса. Перед металлургией открылись, таким образом, новые блестящие перспективы. Появилась возможность не только резкого повышения производительности плавильных печей, но и значительного упрощения всех металлургических агрегатов.

Промышленность требует от металлургов не только обычный чугун, идущий для переработки в сталь или для производства литых изделий. Ей нужны и так называемые ферросплавы — чугуны специальных сортов. Они содержат больше кремния, марганца, хрома и других примесей, чем обычный чугун, и идут для выплавки специальных высококачественных сталей.

Получение некоторых ферросплавов в обычной доменной печи — дело крайне трудное. В домне нужно развить исключительно высокую температуру, а это приводит к огромному расходу топлива. Более того, отдельные сорта специальных чугунов (например, весьма важный для металлургии силикомарганец) вовсе не удавалось получить в доменной печи.

Кислород позволяет создать в домне любую практически необходимую температуру. Значит, работая на кислородном дутье, доменная печь будет выплавлять чугу - ны любых сортов и, кроме того, давать денные тугоплавкие шлаки. А эти шлаки можно переработать в очень хороший строительный материал — портлан д-ц е - м е нт.

Один из побочных продуктов при работе домны — колошниковый или доменный газ. Он содержит около 30 процентов окиси углерода и поэтому является горючим газом.

Обычный доменный газ применяется для отопления кауперов и паровых котлов. По трубопроводам он направляется также и в сталеплавильные печи, но сжигается в них только в смеси с дорогим и ценным коксовым газом, получающимся при коксовании углей. Этим достигается необходимая для выплавки стали температура. Само собой разумеется, что если азота в дутье доменных печей будет меньше, то и выходящий из домны газ станет более ценным топливом. Поэтому колошниковый газ домны, работающей на кислородном дутье, явится прекрасным топливом для сталеплавильных печей. Он сможет пойти и для производства некоторых ценных химических продуктов. Такой доменный газ высвободит миллионы кубических метров коксового газа, которые целиком смогут быть использованы для получения искусственного жидкого топлива и других продуктов.

Не меньшие выгоды обещает применение кислородного дутья и при выплавке стали. Мартеновская сталеплавильная печь, работающая на кислороде, подобно домне, не потребует подогрева дутья. Самое сложное и дорогое устройство в современных мартеновских печах — громоздкие регенераторы, предназначенные для предварительного подогрева вдуваемого в печь воздуха, — станет ненужным. Кислородное дутьё создаст в сталеплавильной печи необходимую температуру.

При кислородном дутье можно будет легко регулировать температуру в мартене: стоит только простым поворотом вентиля увеличить или уменьшить содержание кислорода в дутье.

Регенераторы современных мартеновских печей нагреваются за счёт тепла отходящих нз печи газов. Таким образом, значительная часть уходящего тепла возвращается в печь вместе с новыми порциями воздуха. Но как же удастся использовать огромное количество тепла, уносимое горячими газами из печи, работающей на кислородном дутье? Ведь регенераторы здесь не нужны.

Оказывается, решение этой задачи также под силу современной технике. Сталеплавильные печи, работающие на кислородном дутье, могут отдавать это тепло котельным установкам для производства пара, а пар всегда нужен любому заводу и для отопления и для приведения в действие ковочных молотов и других механизмов. Энергия пара может быть превращена в электрическую на заводской электростанции.

Подсчитано, что на каждую тонну стали, полученную в печи с кислородным дутьём, будет выработана тонна пара, а это весьма ощутимый вклад в энергетическое хозяйство металлургического завода.

Возможно, что применение кислорода в сталеделатель - ной промышленности приведёт к тому, что наши металлургические предприятия примут совершенно новый облик.

Кислород – химический элемент VI группы периодической системы Менделеева и самый распространенный элемент в земной коре (47% от ее массы). Кислород является жизненно важным элементом почти всех живых организмов. Более подробно о функциях и применении кислорода в этой статье.

Общие сведения

Кислород представляет собой бесцветный газ без вкуса и запаха, который плохо растворяется в воде. Он входит в состав воды, минералов, горных пород. Свободный кислород образуется благодаря процессам фотосинтеза. Кислород играет наиважнейшую роль в жизни человека. Прежде всего кислород необходим для дыхания живых организмов. Также он принимает участие в процессах разложения погибших животных и растений.

Воздух содержит около 20,95% по объему кислорода. В гидросфере содержится почти 86% по массе кислорода.

Кислород был получен одновременно двумя учеными, но сделали они это независимо друг от друга. Швед К. Шееле получил кислород при прокаливании селитры и других веществ, а англичанин Дж. Пристли – при нагревании оксида ртути.

Рис. 1. Получение кислорода из оксида ртути

Применение кислорода в промышленности

Области применения кислорода обширны.

В металлургии он необходим для производства стали, которую получают из металлолома и чугуна. Во многих металлургических агрегатах для лучшего сжигания топлива используют воздух, обогащенный кислородом.

В авиации кислород используется как окислитель топлива в ракетных двигателях. Также он необходим для полетов в космос и в условиях, где нет атмосферы.

В области машиностроения кислород очень важен для резки и сварки металлов. Чтобы расплавить металл нужна специальная горелка, состоящая из металлических труб. Эти две трубы вставляются друг в друга. Свободное пространство между ними заполняют ацетиленом и зажигают. Кислород же в это время пускают по внутренней трубке. И кислород и ацетилен подаются из баллона под давлением. Образуется пламя, температура в котором достигает 2000 градусов. При такой температуре плавится практически любой металл.

Рис. 2. Ацетиленовая горелка

Применение кислорода в целлюлозно-бумажной промышленности очень важно. Он используется для отбеливания бумаги, при спиртовании, при вымывании лишних компонентов из целлюлозы (делигнификация).

В химической промышленности кислород используется в качестве реагента.

Для создания взрывчатых веществ необходим жидкий кислород. Жидкий кислород производится путем сжижения воздуха и последующего отделения кислорода от азота.

Применение кислорода в природе и жизни человека

Кислород играет наиважнейшую роль в жизни человека и животных. Свободный кислород существует на нашей планете благодаря фотосинтезу. Фотосинтез – это процесс образования органического вещества на свету с помощью углекислого газа и воды. В результате этого процесса образуется кислород, который необходим для жизнедеятельности животных и человека. Животные и человек потребляют кислород постоянно, растения же расходуют кислород только ночью, а днем производят его.

Применение кислорода в медицине

Кислород находит применение и в медицине. Особенно актуально его использование при затрудненном дыхании во время некоторых заболеваний. Он применяется для обогащения дыхательных путей при туберкулезе легких, а также используется в наркозной аппаратуре. Кислород в медицине используется для лечения бронхиальной астмы, болезней желудочно-кишечного тракта. Для этих целей используют кислородные коктейли.

Также большое значение имеют кислородные подушки – прорезиненная емкость, заполненная кислородом. Она служит для индивидуального применения медицинского кислорода.

Рис. 3. Кислородная подушка

Что мы узнали?

Кислород, имеющий формулу О2, — химически активный неметалл, входящий в состав более 1,5 тыс. соединений земной коры. В атмосферном воздухе образуется свободный кислород (примерно 21% от общего объема), а в составе воды, ископаемых, растений и живых существ этот элемент находится в связном состоянии (89% по массе). Он широко применяется в химии, промышленности и медицине.

Для чего нужен кислород

Он играет ключевую роль в жизнедеятельности существ, поскольку участвует в процессе дыхания. Без кислорода невозможны процессы гниения и тления. В результате таких реакций органика распадается на простые вещества. В итоге появляются:

По той же схеме эти элементы снова вступают в круговорот веществ в природе.

Без О2 невозможна жизнь на земле. Он легко взаимодействует с разными химическими элементами. Он активно используется в промышленности. О2 добывают из воздуха. В лаборатории применяют кислород, предназначенный для промышленного производства. Он поставляется в больших баллонах.

О2 для лечения заболеваний

О2 используется для обогащения состава газовых смесей, им наполняют кислородные подушки. Медицинский кислород имеет высокую концентрацию, в нем нет примесей. Химическое вещество получают из баллона, наполненного жидким или газообразным О2.

В лечебных целях используются концентраторы. Их преимущества: надежность, мобильность, удобство в эксплуатации. О2 применяют в неотложных ситуациях, когда необходимо спасать жизнь пациента. Например, при подаче наркоза или для проведения реанимационных манипуляций.

Кислород требуется для искусственной вентиляции легких. Его применяют в терапии дыхательной недостаточности, при опасных состояниях, например инфаркте, инсульте. Лечение О2 назначается пациентам, у которых выявлены:

бронхиальная астма,
тяжелая форма бронхита,
туберкулез,
воспаление легких,
интоксикация.

Кислород улучшает окислительно-восстановительные процессы организма. Химический элемент применяют для газоснабжения реанимаций. О2 эффективен в лечении инфекций анаэробного происхождения, он улучшает трофику тканей. Для вентиляции легких газ вводят методом ингаляции.

В медицинские учреждения он поставляется в сжатом виде. Жидкий кислород удобен в эксплуатации. Вещество долго хранится, перед подачей переводится в газообразное состояние.

Химически активный неметалл применяют в чистом виде или включают в состав смесей с другим газом в основе. В зависимости от характера заболевания и особенностей организма человека О2 вводят подкожно, внутривенно, энтерально. В медицине кислород также используют для получения концентратов.

Транспортировка, меры предосторожности

Кислород, предназначенный для технического применения, перевозят в голубых металлических баллонах (ГОСТ 949−73). Такой груз относится ко 2 классу опасности, поэтому транспортировка осуществляется в соответствии с действующими правилами.

Жидкий О2 технического типа перевозят в цистернах, предназначенных исключительно для этих целей. На их поверхности нанесена синяя полоса, имеется надпись с названием вещества. Жидкий газ помещают в криогенные емкости, транспортируют автомобилем.

не горит,
не взрывается,
не выступает в качестве токсина.

Однако он является мощным окислителем, усиливает способность материалов к горению. Когда О2 взаимодействует со смазочными веществами, происходит взрыв. Чтобы этого избежать, следует предохранять баллоны с кислородом от нагрева. При контакте с емкостями нельзя курить, разводить огонь.

В процессе испарения жидкого О2 температура газа резко понижается, но повышается его плотность. При неправильной эксплуатации кислород в жидком виде вызывает кожные травмы, напоминающие ожоги.

Нельзя допускать контакта с неизолированными узлами, иначе кожа прилипнет и будет повреждена при попытке отрыва. В такой ситуации надо обильно полить ее водой (ничем не протирать), после чего обратиться к врачу.

Запрещается долго вдыхать О2 в газообразном виде, это вызывает поражение органов дыхания. Жидкий кислород не должен соприкасаться со сталью, поскольку она становится хрупкой при воздействии низких температур.

При контакте с таким веществом требуется использовать защитные средства: перчатки, очки, специализированную обувь и костюм. Одежда должна быть чистой, без маслянистых следов. В помещение не пускать посторонних, тем более без средств защиты, после использования спецодежду проветрить.

Кратко: кислород — жизненно важный химический элемент, без него живые существа не могли бы дышать. О2 безопасен, нетоксичен, но при контакте с ним необходимо соблюдать все меры предосторожности. Чтобы приготовить доклад на эту тему, нужно обязательно учитывать все свойства элемента и сферы его применения.

Читайте также: