在钢铁工业中,生铁是炼钢的重要原料之一。生铁通常由高炉冶炼铁矿石获得,而铁矿石中主要含有铁的氧化物,如四氧化三铁(Fe₃O₄)。在实际生产过程中,矿石往往不是纯的铁氧化物,而是含有一定比例的杂质。因此,计算所需矿石的质量,需要结合矿石的纯度和生铁的成分进行综合分析。
假设要冶炼出2000吨含杂质3%的生铁,那么其中纯铁的含量为:
2000 t × (1 - 3%) = 2000 × 0.97 = 1940 吨
接下来,我们需要知道这些纯铁是从哪种铁矿石中提取的。这里提到的是含四氧化三铁(Fe₃O₄)90%的磁铁矿石。也就是说,每吨这种矿石中,有0.9吨是四氧化三铁,其余为杂质或其他成分。
为了进一步计算所需的矿石质量,首先需要明确四氧化三铁中所含的铁的百分比。根据化学式Fe₃O₄,其相对分子质量为:
Fe: 55.85 × 3 = 167.55
O: 16 × 4 = 64
总分子量 = 167.55 + 64 = 231.55 g/mol
其中铁的质量占比为:
(167.55 / 231.55) × 100% ≈ 72.37%
因此,每吨四氧化三铁中约含有0.7237吨的纯铁。
现在已知需要1940吨纯铁,那么需要的四氧化三铁的质量为:
1940 t ÷ 0.7237 ≈ 2680.47 吨
由于磁铁矿石中四氧化三铁的含量为90%,所以实际需要的矿石质量为:
2680.47 t ÷ 0.9 ≈ 2978.3 吨
综上所述,要冶炼出2000吨含杂质3%的生铁,大约需要2978.3吨含四氧化三铁90%的磁铁矿石。
需要注意的是,上述计算基于理想情况下的化学反应效率,实际生产中可能会受到设备效率、反应条件、矿石粒度等多种因素的影响,因此实际所需矿石量可能会略有不同。