Vorkommen von Eisen

Wusstest du, dass nach Aluminium Eisen das häufigste Metall in unserer Erdkruste ist? Da aber Eisen ein unedles Metall ist, reagiert es leicht mit anderen Elementen. Es kommt also selten in gediegener (reiner) Form, sondern hauptsächlich als Verbindung mit anderen Elementen. Es handelt sich hierbei um Eisenerze. Die bekanntesten sind Magneteisenerz (Magnetit) und Roteisenerz (Hämatit). Wie bekommt man nun aber das Eisen aus diesen Verbindungen in seiner reinen Form? Hierfür muss das Eisenerz sehr stark erhitzt werden und von seinen Verunreinigungen getrennt werden. Dies gelingt mit dem bekannten Hochofenprozess.

Darstellung von Eisen - Der Hochofenprozess

Im ersten Schritt werden die Eisenerze in Pellets verarbeitet. Dabei wird das Eisenerz von anderen Gesteinen befreit und in Kügelchen gebacken. Die Pellets werden anschließend in den Hochofen gegeben, um diese dann zum Schmelzen zu bringen. Ein Hochofen ist bis zu hoch und ist aus hitzebeständigen Steinen gebaut. Oben sind Öffnungen vorhanden, in denen die festen Bestandteile hinzugegeben werden können und um auch die heißen Abgase abzulassen. An der Basis des Hochofens befinden sich Öffnungen um heißen Wind einzublasen und um den Roheisen bzw. die Verunreinigungen getrennt abzulassen. Damit das Eisen aus seinen Verbindungen getrennt wird, müssen hohe Temperaturen erreicht werden. Wir sprechen hier von Temperaturen von bis zu . Diese werden erreicht indem Koks und Möller in den Ofen von oben hinzugefügt werden. Koks besteht hauptsächlich aus Kohlenstoff und ist ein guter Brennstoff. Möller ist eine Mischung aus Kohlenstoff, Pellets und Zuschlagsstoffen (Kalk oder Feldspat), die die Verunreinigungen aus den Erzen in Schlacke überführen. Schlacke ist letztendlich der Verbrennungsrückstand von dieser Reaktion. Damit die Stoffe brennen können, wird Sauerstoff benötigt. Dieser wird in den Hochofen überführt, indem Luft unten eingeblasen wird. Die Koksschicht wird dadurch verbrannt. Da es sich um eine starke exotherme Reaktion handelt, entstehen sehr hohe Temperaturen bis zu . Aus dieser Reaktion entsteht das Gas Kohlenstoffdioxid. Dieses reagiert dann weiterhin mit der drüber liegenden Koksschicht zu Kohlenstoffmonoxid. Damit dir der Hochofenprozess verständlich wird, betrachten wir die Reaktionen von oben nach unten mal genauer. Die Temperaturen im Hochofen nehmen von unten nach oben hin ab. Hier herrschen Temperaturen von . Dies ist die Vorwärmzone. Das Gichtgas (heiße Abgase) trocknet die hinzugegebenen Bestandteile Koks und das Eisenerz. Etwas tiefer steigen die Temperaturen auf bis zu . Hier reagieren die Erze mit dem Kohlenstoffmonoxid. Dabei wird das Erz zu Eisen reduziert und das Kohlenstoffmonoxid zu Kohlenstoffdioxid oxidiert. Wir haben hier also eine Redoxreaktion vorliegen. Falls du dir unsicher bist, was eine Redoxreaktion nochmal genau ist, kannst du die das SchulLV-Skript zu den Redoxreaktionen in demselben Kapitel nachlesen. Da wir hier aber den Fokus auf die Gewinnung von Eisen legen, nennt sich diese Zone die Reduktionszone. Weiter tiefer im Hochofen befindet sich die Kohlungszone. In diesem Bereich sind die Temperaturen bei . Hier nimmt das Eisen Kohlenstoff auf und es entsteht ein Gemisch mit einer Schmelztemperatur von . In der untersten Zone, der Schmelzzone herrschen mit die höchsten Temperaturen. Das ist ganz schön hoch und führt dazu dass das Eisen verflüssigt wird. Die Verunreinigungen (Schlacke) schwimmen auf dem Eisen, sodass nun die Trennung erfolgen kann. Das Roheisen wird nun durch Sandrinnen aus dem Hochofen heraustransportiert und kann dann für die Industrie weiterverabreitet werden.