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製鉄に石灰石を使用するのはなぜ?

一つ前のエントリーのコメント欄でismax4fさんから、以下のような質問がありました。

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私は仕事で世の中の成り立ちや仕組みを教えることが多いです。
その中で「銑鉄」を作る仕組みとして「鉄鉱石+コークス+石灰石」と教えるのですが、これらは高炉の中でどのような反応をしているのでしょうか?
また、銑鉄に柔軟性を持たせるために「鉄屑(酸化鐵?)」を混ぜるのですが、これもどうしてなのかよくわかりません。
大雑把な質問で(しかもこの記事に関係ない質問で)申し訳ありませんが、おしえていただけませんか。
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なんだか楽しそうなお仕事ですね(笑)。

以下に、なんとか回答を試みてみました。



製鉄とは鉄鉱石から鉄を製造することです。
鉄鉱石の主成分は酸化鉄です。
化学式は、Fe₂O₃(赤鉄鉱)、Fe₃O₄(磁鉄鉱)ですが、他にも様々な酸化数の酸化鉄が混在しています。
ですから、製鉄の主な目的はこれらの酸化鉄から酸素をはずすこと(還元)です。
そこで鉄よりも酸素と結びつき易い炭素を投入します。
炭素源としては、コークスや木炭が使われます。
ここで酸化鉄の還元過程を少し詳しく見てみましょう。

炭素は熱せられ、空気中の酸素と結びつき、二酸化炭素になります。
   C + O₂ → CO₂

二酸化炭素はさらに炭素と反応し、一酸化炭素になります。
   CO₂ + C → 2CO

皆さんは「一酸化炭素中毒」という言葉を聞いたことがあると思います。

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テルミット反応の化学反応式

先のエントリー『テルミット反応』では、その反応式を書きませんでした。
単純に『これがその式です』という書き方ができないからです。

実は、あの映像を撮影するまで、5~6回は失敗しています。
実験に使用した酸化鉄は、最初、東急ハンズで『砂鉄』として売っていたものを使いました。
磁石を近づけ、強い磁性があるこを確認できたので、化学式は、Fe₃O₄(四酸化三鉄)だと思います。
これを使って、何度も実験を繰り返したのですが、導火線として使ったマグネシウムリボンが無駄に燃えるだけで、何も反応が起きませんでした。
そこで、自前で酸化鉄を作ることにしました。

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本名は麻生 隆。
理科教室を開設します。

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