R22 高炉里的电化学

几个世纪来，用高炉生产铁一直具有重要的经济意义。图R22说明了高炉中所涉及的反应过程。焦炭将铁矿石(二价铁和三价铁的氧化物、硅和其他金属)还原为铁，这是一个氧化还原反应的例子。依据以下总反应，人们设计出了实用的高炉:

为了研究该反应中的能量问题，可以考虑反应在有水存在的情况下发生。在这些条件下，反应可以用下述半反应表示:

虽然二价铁氧化物和三价铁氧化物的还原和焦炭的氧化是自发反应，但是这两个反应的活化能位垒都很高。实际上，这些过程都是在无水条件下发生的高温气-固反应。从高活化能阈值的角度看，高炉反应区的温度需要非常高。通过将热空气吹到焦炭上，如此高的温度得以实现，这使焦炭先被氧化为二氧化碳，反应放热。

一氧化碳还原铁氧化物的反应释放热量，生成的铁落到高炉的底部，那儿的高温足以使它熔融。

在高炉底部形成一池铁水。石灰石(它存在于铁矿石和焦炭等炉料中)分解产生氧化钙，同时放出二氧化碳，然后与铁矿石中的氧化硅和杂质结合，形成熔融的炉渣。

炉渣也积在高炉底部，因其密度较低，在熔融铁水上面形成炉渣层。 每隔几小时，铁水和炉渣就要出一次炉。

一台现代化的高炉一天可生产3 000吨铁。