Obtención del hierro
El hierro, es un elemento químico, un metal de transición, con número atómico de 26, que forma parte del grupo 8 y el periodo 4 de la tabla periódica. Se representa bajo el símbolo de Fe.
Ocupa el cuarto lugar en cuando a elementos más abundantes de la corteza terrestre se refiere, aunque cabe destacar que es uno de los metales más importantes, pues incluso el núcleo de la Tierra se encuentra formado por él en su mayoría, consiguiendo así poder mover el campo magnético. Desde siempre ha sido muy importante, llegando a dar nombre a un periodo histórico de la antigüedad, la Edad de Hierro.
El hierro tiene un característico color gris plata, y presenta diversas características como la maleabilidad, el magnetismo, etc. En la naturaleza, forma parte de innumerables minerales. Como curiosidad se puede mencionar, que el hierro es el elemento más pesado producido exotéricamente a través de un proceso de fusión, pero a su vez, es el elemento más ligero que se consigue a través de fisión, pues su núcleo contiene la energía de enlace por nucleón más alta posible.
Además, el hierro es un elemento esencial para la vida. Forma parte de la hemoglobina, una proteína que se encuentra en los glóbulos rojos y que se encarga de transportar el oxígeno desde los pulmones hasta el resto de los tejidos del cuerpo. También se encuentra en la mioglobina, una proteína que almacena oxígeno en los músculos, y en muchas enzimas que participan en reacciones químicas esenciales para el organismo.
El hierro ocupa el cuarto lugar en abundancia de la corteza terrestre, por lo que es uno de los elementos metálicos más abundantes. Este se obtiene de modo continuo a través del llamado, horno alto. El proceso de obtención consiste en la reducción de óxido de hierro (concretamente de las menas), generalmente de Fe2O3, que se suelen encontrar impuras mezcladas con silicatos. La reducción se lleva a cabo mediante el monóxido de carbono, el cual se general a través de la reacción del coque con aire, a la misma ves que se le proporciona calor. Se presentan de manera global las siguientes reacciones:
Fe2O3 (s) + 3CO (g) → 2 Fe (s) + 3CO2 (g)
2C (s) + O2 (g) → 2 CO (g)
Un horno alto suele tener varias decenas de metros de alto, y son cargados por la parte alta de este, con una mezcla de áxidos de hierro, junto con coque y caliza, mientras que se insufla aire por la parte inferior del horno con el fin de facilitar la combustión del coque.
El proceso de obtención del hierro en el horno alto es un proceso complejo y delicado. El control de la temperatura es crucial para obtener un hierro de buena calidad. Si la temperatura es demasiado alta, el hierro puede fundirse y perder sus propiedades. Si es demasiado baja, el proceso de reducción puede no completarse, resultando en un hierro de baja calidad.
El CaCo3 ( caliza), que es el mineral no síliceo con mayor abundancia de la corteza de la Tierra, se añade para eliminar los silicatos, reaccionando con el óxido de caldio que se forma por la descomposición térmica de la caliza:
CaCO3 → CaO + CO2
CaO + SiO2 → CaSiO3
El hierro fundido que se obtiene es protegido del aire por la escoria, que se obtiene del silicato de calcio, el cual al tener un punto de fusión bajo se puede extraer fácilmente pues el hierro fundido posee una mayor densidad que ésta.
El hierro fundido tiene un cantidad de un 4% aproximadamente de carbono, junto a otras impurezas, que le confieren unas propiedades mecánicas no muy eficientes. Es por esto que se necesita eliminar, o reducir, la concentración de las impurezas, que son generalmente carbono, silicio, fósforo y azufre. Para ello se insufla oxígeno, a través del hierro fundido, provocándose así la eliminación del carbono y del azufre, en cambio el silicio y el fósforo, forman óxidos que por reacción con el correspondiendo óxido de calcio se eliminan en forma de escoria (CaSiO3 o Ca3(PO4)3 ) :
3 CaO + P2O5 → Ca3 (PO4)2
Es fácil entender el funcionamiento de un horno, sabiendo que el hierro (generalmente Fe2O3), se reduce en etapas que dependen de la temperatura. La parte alta del horno, es donde la temperatura es más baja, lo que facilita la formación de Fe3O4, el cual al descender a la parte más caliente, se reduce a FeO, que al final acaba por reducirse a Hierro en la parte más caliente, siguiendo las siguientes reacciones:
3Fe2O3 + CO → 2 Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2
FeO + CO → Fe + CO2
Además de su uso en la industria siderúrgica, el hierro también tiene aplicaciones en la industria química, donde se utiliza como catalizador en la producción de amoníaco, y en la industria de la construcción, donde se utiliza en la fabricación de estructuras de edificios, puentes y otras infraestructuras. También se utiliza en la fabricación de imanes, debido a sus propiedades magnéticas, y en la fabricación de utensilios de cocina, gracias a su resistencia al calor y a la corrosión.
