CaO + SiO2 → CaSiO3.
Шлак, в отличие от диоксида кремния, плавится в печи. Более лёгкий, чем железо, шлак плавает на поверхности, и его можно сливать отдельно от металла. Шлак затем употребляется в строительстве и сельском хозяйстве. Расплав железа, полученный в доменной печи, содержит довольно много углерода (чугун). Кроме случаев, когда чугун используется непосредственно, он требует дальнейшей переработки.
Излишний углерод и другие примеси (сера, фосфор) удаляют из чугуна окислением в мартеновских печах или в конвертерах. Электрические печи используют и для выплавки легированных сталей.
Кроме доменного процесса, распространён процесс прямого получения железа. В этом случае предварительно измельчённую руду смешивают с особой глиной, формируя окатыши. Окатыши обжигают, и обрабатывают в шахтной печи горячими продуктами конверсии метана, содержащими водород. Водород легко восстанавливает железо, при этом не происходит загрязнения железа такими примесями как сера и фосфор — обычными примесями в каменном угле. Железо получается в твёрдом виде, и в дальнейшем переплавляется в электрических печах. Химически чистое железо получается электролизом растворов его солей.
1.1.4 Применение железа и его соединений
Чистое железо имеет довольно ограниченное применение. Его используют при изготовлении сердечников электромагнитов, как катализатор химических процессов, для некоторых других целей. Но сплавы железа — чугун и сталь — составляют основу современной техники. Находят широкое применение и многие соединения железа. Так, сульфат железа (III) используют при водоподготовке, оксиды и цианид железа служат пигментами при изготовлении красителей. [2].
1.1.5 Химическое влияние железа и других тяжелых металлов на человека
Тяжелые металлы относятся к поллютантам, влияющими на качество воды. Концентрации тяжелых металлов в воде в некоторых случаях превышают ПДК. Доказаны вредные воздействия тяжелых металлов на здоровье человека, их способность повышать частоту злокачественных новообразований, болезней органов дыхания, кровообращения, нервной системы, эндокринной системы, нарушать иммунитет, репродуктивную функцию женщин и мужчин, вызывать аллергию и задержки физического и психического развития.
В живых организмах железо является важным микроэлементом, катализирующим процессы обмена кислородом (дыхания). В организме взрослого человека содержится около 3,5 грамм железа, из которых 75 % являются главным действующим элементом гемоглобина крови, остальное железо входит в состав ферментов других клеток, катализируя процессы дыхания. Недостаток железа проявляется как болезнь организма (хлороз у растений и анемия у животных). Обычно железо входит в ферменты в виде комплекса, называемого гемом. В частности, этот комплекс присутствует в гемоглобине — важнейшем белке, обеспечивающем транспорт кислорода с кровью ко всем органам человека и животных. И именно он окрашивает кровь в характерный красный цвет. Другие комплексы железа встречаются также в ферменте метан-моноксигеназе, окисляющем метан в метанол, в важном ферменте рибонуклеотид-редуктазе, который участвует в синтезе ДНК. Неорганические соединения железа встречаются в некоторых бактериях, иногда используется ими для связывания азота воздуха.
В организм животных и человека железо поступает с пищей (наиболее богаты им печень, мясо, яйца, бобовые, хлеб, крупы, свёкла). Суточная потребность человека в железе следующая: для детей — от 4 до 18 мг, для мужчин — 10 мг, для женщин — 18 мг. Как правило, железа, поступающего с пищей, вполне достаточно, но в некоторых специальных случаях (анемия, а также при донорстве крови) необходимо применять железосодержащие препараты и пищевые добавки (гематоген, ферроплекс).
Содержание железа в воде больше 1—2 мг/л значительно ухудшает её органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий вкус, и делает воду малопригодной для использования, вызывает у человека аллергические реакции, может стать причиной болезни крови и печени (гемохроматоз). ПДК железа в воде 0,3 мг/л. Избыточная доза железа (200 мг и выше) может оказывать токсическое действие. Передозировка железа угнетает антиоксидантную систему организма, поэтому употреблять препараты железа здоровым людям не рекомендуется. [3].
1.2Современные методы определения
1.2.1 Гравиметрический метод
Гравиметрический анализ (весовой анализ) — важнейший метод количественного химического анализа, в котором взвешивание является не только начальной, но и конечной стадией определения. Гравиметрический анализ основан на законе сохранения массы веществ при химических превращениях. Измерительным прибором служат аналитические весы. Результаты анализа выражают обычно в процентах. Гравиметрический анализ применяется при определении химического состава различных объектов, и при установлении качества сырья и готовой продукции.
1.2.2 Титриметрический метод
Титриметрический анализ (титрование) — метод количественного анализа в аналитической и фармацевтической химии, основанный на измерении объема раствора реактива известной концентрации, расходуемого для реакции с определяемым веществом. Различают прямое, обратное титрование и титрование заместителя.
1.2.2.1 При прямом титровании к раствору определяемого количества вещества (аликвоте или навеске, титруемому веществу) добавляют небольшими порциями раствор титрант (рабочий раствор).
1.2.2.2 При обратном титровании к раствору определяемого вещества добавляют сначала заведомый избыток специального реагента и затем титруют его остаток, не вступивший в реакцию.
1.2.2.3 При титровании заместителя к раствору определяемого вещества добавляют сначала заведомый избыток специального реагента и затем титруют один из продуктов реакции между анализируемым веществом и добавленным реагентом. [4].
1.2.3 Потенциометрия
Потенциометрия — метод определения различных физико-химических величин, основанный на измерении электродвижущих сил (ЭДС) обратимых гальванических элементов. Иначе говоря, зависимость равновесного потенциала электрода от активности концентраций определяемого иона, описываемая уравнением Нернста. Широко применяют потенциометрию в аналитической химии для определения концентрации веществ в растворах (потенциометрическое титрование), для измерения рН.
1.2.4 Вольтамперометрия
Вольтамперометрия — метод анализа, основанный на исследовании зависимости тока поляризации от напряжения, прикладываемого к электрохимической ячейке, когда электрический потенциал рабочего электрода значительно отличается от равновесного значения. По разнообразию методов вольтамперометрия — самая многочисленная группа из всех электрохимических методов анализа, широко используемая для определения веществ в растворах и расплавах.
1.2.5 Кулонометрия
Кулонометрия — один из электрохимических методов анализа, применяется в аналитической химии, объединяет методы анализа, основанные на измерении количества вещества, выделяющегося на электроде в процессе электрохимической реакции в соответствии с законами Фарадея. При кулонометрии потенциал рабочего электрода отличается от равновесного значения. Различают потенциостатическую и гальваностатическую кулонометрию, причём последняя включает прямой и инверсионный методы, электроанализ и кулонометрическое титрование.
1.2.6 Электрогравиметрия
Электрогравиметрия — метод анализа, основанный на электролитическом осаждении определяемого (целевого) компонента на рабочем электроде и измерении массы электрода до и после электролиза. Рабочим чаще всего является платиновый катод, на котором осаждают металлы. [5].
1.2.7 Атомно-эмиссионная спектроскопия
Атомно-эмиссионная спектроскопия – способ определения элементного состава вещества по оптическим линейчатым спектрам излучения атомов и ионов анализируемой пробы, возбуждаемым в источниках света. В качестве источников света для атомно-эмиссионного анализа используют пламя горелки или различные виды плазмы, включая плазму электрической искры или дуги, плазму лазерной искры, индуктивно-связанную плазму, тлеющий разряд и другие источники. [6].
1.2.8 Фотометрический анализ
Фотометрический анализ – совокупность методов молекулярно-абсорбционного спектрального анализа, основанных на избирательном поглощении электромагнитного излучения в видимой, ИК и УФ областях молекулами определяемого компонента или его соединениями с подходящим реагентом. Фотометрический анализ включает визуальную фотометрию, спектрофотомерию и фотоколориметрию.
1.2.9 Люминесцентный анализ
Люминесцентный анализ – совокупность методов анализа, основанных на явлении люминесценции. При люминесцентном анализе наблюдают либо собственное свечение исследуемых объектов, либо свечение специальных люминофоров, которыми обрабатывают исследуемый объект. Аппаратура, применяемая для люминесцентного анализа, содержит источник возбуждения люминесценции и регистрирующее устройство. Различают флуоресцентный, фосфоресцентный и хемилюминесцентный анализы. [7].
1.2.10 Кинетические методы анализа
Кинетические методы анализа — методы химического анализа, использующие зависимость между скоростью реакции и концентрацией реагирующих веществ. Определяемое вещество может расходоваться в процессе реакции, быть её катализатором, активатором или ингибитором действия катализатора. Кинетические методы анализа характеризуются высокой чувствительностью. Применяются для определения микроэлементов, ничтожных концентраций примесей в металлах и их сплавах, в воде и веществах особой чистоты. [8].
1.2.11 Хроматография
Хроматография (от греч. χρώμα — цвет) — метод разделения и анализа смесей веществ, а также изучения физико-химических свойств веществ. Основан на распределении веществ между двумя фазами — неподвижной (твердая фаза или жидкость, связанная на инертном носителе) и подвижной (газовая или жидкая фаза). [9].