在钢铁工业中,生铁是通过高炉冶炼铁矿石获得的重要原材料。然而,在实际生产过程中,铁矿石通常含有一定比例的杂质,因此在计算所需原料时,必须考虑到这些杂质的影响。
假设我们要冶炼2000吨含杂质3%的生铁,那么其中纯铁的质量是多少呢?首先,我们可以计算出生铁中纯铁的含量:
纯铁质量 = 2000吨 × (1 - 3%) = 2000 × 0.97 = 1940吨
接下来,我们需要确定冶炼这1940吨纯铁所需的铁矿石量。这里所使用的铁矿石为含Fe₃O₄(四氧化三铁)90%的磁铁矿石。也就是说,每吨这种矿石中含有0.9吨的Fe₃O₄。
为了进一步计算,我们需要知道Fe₃O₄在冶炼过程中能转化为多少纯铁。根据化学反应式:
Fe₃O₄ + 4CO → 3Fe + 4CO₂
从该反应可以看出,1摩尔Fe₃O₄可以生成3摩尔的Fe。我们可以通过摩尔质量来换算具体的重量比例。
Fe₃O₄的摩尔质量为:55.85×3 + 16×4 = 231.55 g/mol
Fe的摩尔质量为:55.85 g/mol
因此,每吨Fe₃O₄可以冶炼出的纯铁质量为:
(3 × 55.85) / 231.55 ≈ 0.724吨Fe/吨Fe₃O₄
也就是说,每吨Fe₃O₄大约可以得到0.724吨纯铁。
现在,已知需要1940吨纯铁,那么所需Fe₃O₄的质量为:
所需Fe₃O₄质量 = 1940 ÷ 0.724 ≈ 2679.3吨
但这里需要注意的是,所用的磁铁矿石中Fe₃O₄的含量仅为90%,因此实际需要的矿石质量应为:
所需矿石质量 = 2679.3 ÷ 0.9 ≈ 2977吨
综上所述,要冶炼出2000吨含杂质3%的生铁,大约需要2977吨含Fe₃O₄ 90%的磁铁矿石。
这个计算过程虽然较为复杂,但它是确保生产计划科学合理的重要依据,有助于企业在资源利用和成本控制方面做出更精准的决策。