Magnetite và hematite là hai loại quặng sắt quan trọng, được khai thác và chế biến để làm nguyên liệu cho ngành sản xuất gang, thép. Một cơ sở sản xuất trộn m1 tấn quặng magnetite X chứa 87,0% (Fe3O4) về khối lượng với m2 tấn quặng hematite Y chứa 70,0% (Fe2O3) về khối lượng, thu được 900 tấn hỗn hợp quặng Z. Phần còn lại trong mỗi loại quặng là các tạp chất không chứa nguyên tố iron (Fe). Toàn bộ hỗn hợp Z được dùng để luyện gang. Lượng gang thu được tiếp tục được dùng để luyện thép. Kết thúc quá trình, cơ sở sản xuất thu được 400 tấn thép chứa 98,0% Fe về khối lượng; phần còn lại là carbon và các nguyên tố khác. Biết hiệu suất chung của toàn bộ quá trình từ quặng đến thép là 80,0%.
a) Tính m1 và m2.
b) Quá trình luyện gang và thép có thể phát sinh các khí gây ô nhiễm như carbon dioxide, carbon monoxide, sulfur dioxide và các oxide của nitrogen (NOx). Hãy đề xuất các biện pháp nhằm hạn chế sự hình thành hoặc xử lí các khí trên trước khi thải ra môi trường.
(a) mZ = m1 + m2 = 900
Bảo toàn Fe: 56.3.87%m1/232 + 56.2.70%m2/160 = 400.98%/80%
—> m1 = 350; m2 = 550
(b) CO2: thu hồi để chôn lấp hoặc làm nguyên liệu cho sản xuất phân đạm.
CO: thu hồi làm nhiên liệu.
SO2: tuyển quặng và than cốc có ít S, xử lý khí thải bằng CaCO3 để chuyển hóa thành thạch cao.
NOx: kiểm soát nhiệt độ chặt chẽ để hạn chế tạo thành NOx, chuyển hóa NOx trong khí thải thành N2.