Trong công nghiệp sản xuất thép, Ni được thêm vào dưới dạng ferronickel, được điều chế từ quặng Saprolite. Trộn 100 tấn quặng Saprolite khô với 5,0 tấn than Anthracite (chứa 86% carbon về khối lượng) và nung, thu được ferronickel chứa w% Ni và xỉ. Tính giá trị của w (Không làm tròn kết quả các phép tính trung gian, chỉ làm tròn kết quả cuối cùng đến hàng phần mười).
Cho biết:
• Thành phần phần trăm về khối lượng các chất trong quặng: NiO (2,29); Fe${}_2$O${}_3$ (21,45); SiO${}_2$ (42,5); MgO (24,2); Al${}_2$O${}_3$ (2,1) còn lại là tạp chất tro.
• Có 80% carbon trong than chuyển thành CO;
• Toàn bộ Ni trong quặng đã chuyển vào ferronickel; xỉ có FeO, SiO${}_2$, MgO, Al${}_2$O${}_3$ và tạp chất tro.

Khối lượng carbon trong than tham gia tạo CO:

m(C) = 5,0 × 86\% × 80\% = 3,44 tấn = 3440 kg

Số mol carbon, cũng là số mol CO tạo thành:

n(CO) = 3440 / 12 = 286,667 kmol

Tính lượng Ni tạo thành

Quặng có 2,29 tấn NiO:

m(NiO) = 2290 kg

$M(\mathrm{NiO})=59+16=75$ kg/kmol

n(NiO) = 2290 / 75 = 30,533 kmol

Toàn bộ Ni vào ferronickel:

n(Ni) = 30,533 kmol

m(Ni) = 30,533 × 59 = 1801,5 kg

Quá trình khử NiO tiêu thụ:

n(CO) = 30,533 kmol

Tính lượng Fe tạo thành

Quặng có 21,45 tấn Fe${}_2$O${}_3$:

m(Fe${}_2$O${}_3$) = 21450 kg

M(Fe${}_2$O${}_3$) = 160 kg/kmol

n(Fe${}_2$O${}_3$) = 21450 / 160 = 134,063 kmol

Trước hết Fe${}_2$O${}_3$ bị khử về FeO:

Fe${}_2$O${}_3$ + CO → 2FeO + CO${}_2$

Số mol CO cần dùng:

n(CO) = 134,063 kmol

CO còn lại để khử FeO thành Fe:

n(CO còn lại) = 286,667 − 30,533 − 134,063 = 122,071 kmol

Phản ứng:

FeO + CO → Fe + CO${}_2$

Vậy:

n(Fe) = 122,071 kmol

m(Fe) = 122,071 × 56 = 6836,0 kg

Tính phần trăm Ni trong ferronickel

Khối lượng ferronickel:

m = m(Ni) + m(Fe)
m = 1801,5 + 6836,0 = 8637,5 kg

Phần trăm Ni:

w = 1801,5 / 8637,5 × 100\% = 20,86\%

Làm tròn đến hàng phần mười:

w = 20,9\%

Đáp án: 20,9.