Obtención de hierro Alrededor de nosotros hay numerosos objetos de hierro, acero o alguna otra aleación metálica que contiene hierro. Por lo tanto es poco probable que alguien no conozca sobre este metal. Sin embargo, el hierro no es encontrado en su forma metálica aislada, libre en la naturaleza, pero sí en la forma de sus minerales. Los principales minerales del hierro son: Hematites (Fe2O3) Magnetita (Fe3O4) Siderita (FeCO3) Limonita (Fe2O3.H2O) Pirita (FeS2) A través de los minerales existentes en la naturaleza es posible obtener los más diversos metales, tales como la plata, el mercurio, el cobre, el plomo y el zinc. La metalurgia es el
área que estudia esas transformaciones. Uno de los ramos de la metalurgia es la siderurgia (del griego trabajo hecho sobre el hierro ), que estudia las formas de obtención del hierro y del acero a partir de sus minerales, siendo que la más empleada es la hematita u oligisto (Fe2O3), mostrada a continuación. Mineral oligisto La siderurgia es muy antigua, surgió entre el 3000 y el 2000 a.c., pero fue solamente alrededor de 1200 a.c. (época conocida como Edad de Hierro) que el hierro pasó a ser obtenido en cantidades apreciables por medio de sus minerales. El proceso más empleado es el del alto horno, que, de modo general, obedece a los siguientes procedimientos: El alto horno es cargado con carbón que se quema para calentar ese horno Se coloca en la parte superior del alto horno una mezcla de mineral de hierro (hematita), carbonato de calcio (CaCO3) y coque, que es un carbón rico en carbono. Esta mezcla funciona
como fundente, bajando el punto de fusión de la hematita. Esquema de obtención de hierro de alto horno Es inyectada en la parte inferior del alto horno una corriente de aire caliente. Se produce, entonces, la combustión incompleta del carbón de coque en presencia de oxígeno molecular inyectado, formándose monóxido de carbono (CO): 2 C + O2 2 CO Muy antiguamente, el mineral de hierro y el combustible de coque fueron colocados en un hoyo en el suelo y climatizados, siendo la entrada de aire realizada manualmente. El monóxido de carbono reacciona con la hematita (óxido de hierro Fe2O3), originando óxido de hierro (II) (FeO) y dióxido de carbono (CO2). 3 Fe2O3 + CO 2 Fe2O4+ CO2 Fe2O4 + CO 3 FeO + CO2 El óxido de hierro (II) reacciona con monóxido de carbono formando hierro metálico (Fe0) y dióxido de carbono (CO2): FeO + CO Fe + CO2
Esta es una de las dos capas formadas en el alto horno, es la más densa y recibe el nombre de arrabio, que contiene de 2 a 5% de carbono, siendo altamente quebradizo. Producción de hierro de la hematita en metalúrgica A través de él, se obtiene el acero aleación metálica formada por cerca de 98,5% de hierro, 0,5 a 1,7% de carbono y trazos de silicio, azufre y oxígeno. Es usado en piezas metálicas que sufren elevada tracción, pues es más resistente a la tracción que el hierro puro. El acero también tiene mayor dureza que el hierro y puede ser trabajado por la forja, laminación y extrusión. Además, el acero es una aleación utilizada para producir otras aleaciones, como acero inoxidable, que está formado por 74% de acero, 18% de cromo y 8% de níquel. Por ser prácticamente inoxidable, es usado en talleres, piezas automotrices, brocas, utensilios de cocina y decoración. Gracias a esos factores, en 2008, la producción de acero superó en mil millón de toneladas la de hierro en todo el mundo. La capa menos densa que está formada en el alto horno se denomina escoria. Se forma cuando el carbonato de calcio se
descompone en CaO, CO2 e impurezas. La CaO reacciona con la sílice (impurezas del mineral): CaCO3 CaO + CO2 CaO + SiO2 CaSiO3 Cada una de estas capas sale por conductos separados. No se descarta la escoria, puede ser utilizado en la producción de cemento. Para obtener el hierro dulce, que es el hierro purificado en prácticamente el 100%, se utilizan varias técnicas. Una de ellas consiste en la inyección de gas de oxígeno puro en el alto horno, a altas presiones. De este modo, el oxígeno reacciona con el carbono, que se convierte en dióxido de carbono y desprende el hierro, siendo eliminado.