Universidad Tecnolgica Metropolitana Facultad de Ciencias Naturales, Matemticas y del Medio Ambiente Departamento de Qumica rea de Electroqumica Qumica Industrial.

Industrias Qumicas Inorgnicas Informe DISERTACIONIndustria del Hierro y sus Minerales

Alumna: Karin Bravo Espinoza. Carrera: Qumica Industrial Docente: Sergio Alegra. Fecha: 17 de Enero de 2012

Industria del Fierro y sus Minerales Hierro

Qu es el Hierro?

* Es un metal de color gris plateado * Se encuentra en Estado Slido

Caractersticas y Propiedades Generales

* Es Magntico * Es Maleable: Que puede batirse y extenderse en planchas o lminas. Material que se le puede dar otra forma sin romperlo. * Tenaz: Ya que opone mucha resistencia a romperse o deformarse * Este metal es un buen agente reductor.

Fotografa de Mineral de Hierro

Historia

Se tienen indicios de uso del hierro, cuatro milenios antes de Cristo, por parte de los sumerios y egipcios. Entre los siglos XII a. C. y X a. C. se produce una transicin en Oriente Medio desde las armas de bronce a las de hierro A este periodo, se denomina Edad de Hierro.

El hierro colado tard ms en Europa, pues no se consegua la temperatura suficiente. Algunas de las primeras muestras de hierro colado se han encontrado en Suecia, en Lapphyttan y Vinarhyttan, del 1150 a 1350. En la Edad Media, y hasta finales del siglo XIX, muchos pases europeos empleaban como mtodo siderrgico la Farga Catalana. Se obtena hierro y acero bajo en carbono empleando carbn vegetal y el mineral de hierro. Este sistema estaba ya implantado en el siglo XV, y se conseguan alcanzar hasta unos 1200 C. Este procedimiento fue sustituido por el empleado en los altos hornos. Hacia finales del siglo XVIII y comienzos del XIX se comenz a emplear ampliamente el hierro como elemento estructural (en puentes, edificios, etc). Una estructura que utilizo este material es la Torre Eiffel, en Pars, construida en 1889 para la Exposicin Universal, en donde se utilizaron miles de toneladas de hierro. El desarrollo de la minera frrea en Chile data de mediados del siglo XIX, y alcanz su apogeo entre 1965 y 1975, cuando se obtuvieron de 9 millones a 12 millones de toneladas anuales de mineral, con un contenido medio del 62 %

Obtencin del Hierro

Los minerales industriales que se emplean para obtener hierro y sus aleaciones (aceros y fundicin) son generalmente cuatro: Magnetita (Fe3O4): Es un oxido de hierro (combinacin de hierro y oxigeno) de estructura cristalina de color pardo con propiedades magnticas. Su porcentaje de hierro puede llegar a 72% por lo que es el ms rico de los minerales y su hierro muy puro. Hematita: (Fe2O3): Tambin es un oxido de hierro pero ms pobre que la magnetita. Puede ser de color moreno o de color rojo en masas terrosas Limonita (3Fe2O3 + 2H2O): Es un hidrxido de hierro que contiene como mximo el 60% de metal. Se distingue por su color amarillo Siderita (FeCo3): Es un carbonato de hierro (hierro, oxigeno y carbono) de color blanco-amarillo, de estructura cristalina, que puede contener un 50% de hierro, Se llama Tambin hierro esptico

* Las piritas, FeS2, y la cromita, Fe (CrO2)2, se explotan como minerales de azufre y de cromo, respectivamente. * El Hierro se encuentra en muchos otros minerales y est presente en las aguas freticas, tambin se encuentra en la hemoglobina roja de la sangre.

Industria Qumica

Extraccin del Hierro El mineral extrado de una mina de fierro puede ser de carga directa a los altos hornos o puede requerir de un proceso de peletizacin para ser utilizado en la produccin del acero, esto segn sea su calidad. Es importante destacar que si el mineral posee bajo contenido de impurezas (principalmente fsforo y azufre), puede ser utilizado para carga directa, requiriendo slo tratamientos de molienda y concentracin. Si, por el contrario, el contenido de impurezas es relativamente alto, se realiza tambin la molienda y concentracin, pero requiere adems de un proceso qumico de peletizacin, donde se reducen significativamente dichas impurezas.

Proceso Siderrgico

En Chile existe una nica Planta Siderrgica integrada y pertenece a Ca. Siderrgica Huachipato S.A. (empresa CAP), se ubica en la Baha de San Vicente, 14 Km. al noroeste de la ciudad de Concepcin, capital de la Octava Regin, Chile. El Proceso de Extraccin del Hierro es Parte del Proceso Siderrgico, donde es obtenido el Acero. Este se inicia por:

1.- Preparacin de Materia Primas

Materias Primas Esta etapa incluye la descarga, clasificacin, pesaje y almacenamiento de las materias primas necesarias para la fabricacin del acero, que bsicamente son: mineral de hierro, carbones metalrgicos y caliza. Carbones Metalrgicos: Que se convierte en Coque Mineral de Hierro: Pellets Caliza: Materia Prima

Planta de Coque y Subproductos La mezcla de carbones metalrgicos se somete a un proceso de destilacin seca que lo transforma en coque metalrgico. Este proceso se realiza en la Planta de Coque, la que cuenta con 58 hornos. La coquificacin del carbn mineral deja, como subproducto, gas de alto poder calorfico, que es utilizado como combustible en los diversos procesos de la industria.

En el Alto Horno donde son llevadas las materias primas a elevadas temperaturas, ocurren una serie de reacciones qumicas, que se muestran a a continuacin.

Obtencin del Hierro

La obtencin del hierro se inicia con la extraccin en la mina pasando luego a una etapa de molienda y clasificacin. El alto horno es un reactor de varias decenas de metros de altura, en el que se producen una serie de reacciones hasta lograr hierro metlico. El mineral de hierro, carbn de coque y piedra caliza se cargan por la parte superior del alto horno. Por la parte inferior, se inyecta aire caliente para facilitar los procesos qumicos. Las principales reacciones qumicas que ocurren en el alto horno son: la generacin de gases reductores, la reduccin de los xidos de hierro y la formacin de escorias. La fuente de gases reductores (CO y H2) es la combustin del coque. El carbn se quema en la parte inferior del horno, donde la temperatura es muy alta, originando monxido de carbono a medida que asciende, como se puede ver en la ecuacin siguiente: 2C(s) + O2(g) 2CO(g)

A estas altas temperaturas, cualquier formacin de CO2 es reducida por las capas superiores de coque, segn: C(s) + CO2(g) 2CO(g) Los xidos de hierro son reducidos por CO(g) obtenindose hierro fundido segn: Fe2O3(s) + 3 CO(g) 2Fe3O4(l) + 3CO2(g)

La piedra caliza agregada al alto horno participa en la formacin de escorias. Con las altas temperaturas, esta se descompone en xido de calcio y dixido de carbono, de acuerdo a la siguiente ecuacin: CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

2.- Reduccin del Mineral para obtener Arrabio

Alto Horno La reduccin del mineral para obtener Arrabio, se realiza en los Altos Hornos. Por el tragante (parte superior del horno) se cargan por capas los minerales de hierro, la caliza y el coque. La inyeccin de aire precalentado a 1.000 C, aproximadamente, facilita la combustin del coque, generando elevadas temperaturas y gases reductores que actan sobre el mineral y la caliza, transformndolos en arrabio (hierro lquido) y en escoria, respectivamente. La colada, que consiste en extraer estos elementos acumulados en el crisol (parte inferior de los altos hornos), se efecta aproximadamente cada dos horas. El arrabio es recibido en carros torpedo para ser transportado a la Acera de Convertidores al Oxgeno; la escoria, separada del arrabio por su menor densidad, se hace fluir hacia un foso donde es "apagada" y granulada por un chorro de agua.

Aplicacin

3.- Fabricacin del Acero Acera de Convertidores al Oxgeno Se cuenta con dos convertidores de 115 toneladas cada uno. El arrabio proveniente de los Altos Hornos se carga junto con chatarra de acero. Por la accin del oxgeno puro que se inyecta al convertidor se oxidan el carbono, silicio y fsforo del arrabio. Estas reacciones son exotrmicas y causan la fusin de la carga metlica fra sin necesidad de agregar ningn combustible y, por adicin de cal, se forma la escoria en que se fijan otras impurezas como

azufre y parte de fsforo. Una vez finalizada la inyeccin de oxgeno se analiza su composicin y se mide su temperatura, agregando finalmente las ferroaleaciones que imparten las caractersticas principales a los diversos tipos de aceros. El tiempo requerido para procesar una hornada de 115 toneladas en aproximadamente 42 minutos. El acero lquido as producido se recibe en cucharadas de 115 toneladas de capacidad y se enva a un proceso de metalurgia secundaria y luego al vaciado de colada continua de planchones o palanquillas segn su composicin qumica.

Colada Continua de Planchones y de Palanquillas Colada Contina de Planchones El acero lquido de la cuchara es vaciado a una artesa que se comunica por el fondo con un molde en constante movimiento que es enfriado por agua; en el se inicia el proceso de solidificacin del acero que se completa a lo largo del trayecto por el interior de la mquina. El planchn que se produce es una cinta continua con un espesor de 156 mm. un ancho que vara entre 800 y 1.050 mm y que a la salida se va cortando a los largos requeridos. Colada Contina de Palanquillas La mquina de colada continua de palanquillas, cuenta con 5 lneas conformadas por tubos de cobre de seccin cuadrada con refrigeracin interna por agua, con sistema de enfriamiento controlado a lo largo de la hebra y un agitador electromagntico al final de la hebra para prevenir segregacin en aceros alto carbono. Una vez que se ha formado una piel suficientemente gruesa dentro del molde, la hebra inicia su recorrido curvo dentro de la mquina, sometida a la accin de rociadores de agua controlados en funcin de la velocidad de la mquina. Al trmino de esta zona la hebra es enderezada mediante rodillos y cortada a la dimensin especificada por sopletes de oxgeno-propano para terminar siendo estampada con un nmero identificador. La palanquilla terminada, es trasladada mediante mesas de empuje, mesas de rodillos y una mesa galopante hasta la zona de despacho desde donde es cargada mediante una gra dotada de electroimanes a carros de ferrocarril o camiones segn su destino final.

4- Laminacin del Acero en Productos Terminados Finales Laminador de Barras Las palanquillas son productos semiterminados , se procesan en este laminador en el cual despus de ser recalentadas en un horno se laminan en pases sucesivos y se transforman en barras redondas lisas o con resaltes para hormign, todos ellos, productos terminados ampliamente utilizados como materiales de construccin y en la manufactura de alambres, clavos, tornillos, bolas para molinos, pernos, etc.

Laminador de Planos en Caliente Los planchones que produce la Colada Continua son sometidos a laminacin en caliente, con lo cual se reduce el espesor y aumenta su longitud. El proceso comienza calentando el material en un horno. Una vez alcanzada la temperatura requerida, los planchones son reducidos en su espesor, primero en un Laminador Trio, el que mediante pases sucesivos entrega un semilaminado (Plancha gruesa), para pasar posteriormente al laminador continuo de seis marcos y obtener rollos. Una parte de los productos obtenidos en este laminador, va directamente al mercado, tanto en forma de rollos o planchas, donde encuentra una gran aplicacin en la industria, y la otra parte de rollos, contina su proceso en el Laminador de Planos en Fro.

Laminador de Planos en Fro

A los rollos laminados en caliente, que se destinan a la fabricacin de productos planos laminados en fro, se les somete al proceso de decapado para eliminar los xidos y laminacin en fro para disminuir el espesor. El resto de los rollos son sometidos a limpieza electroltica para eliminar el aceite empleado en la laminacin en fro; recocido en atmsfera protectora, que puede ser en Hornos o en lnea de recocido continuo para eliminar la acritud dada por el trabajo mecnico realizado en fro, y laminador de temple para eliminar las lneas de fluencia, corregir la forma y dar la terminacin superficial requerida. Una fraccin de los rollos templados que resultan se despacha a los clientes, como tales o cortados previamente en planchas, para ser usados en la industria metalmecnica. Otra fraccin de ellos es estaada en la lnea de Estaado Electroltico para obtener hojalata apta para la industria conservera

Productos Tubulares De la produccin de planchas gruesas del laminado de Planos en Caliente, una parte se destina a la fabricacin de tubos de gran dimetro.

A continuacin se describe el Proceso Siderrgico esquematizado:

Proceso Siderrgico

Usos del Hierro

Hierro Forjado: * Vallas decorativas, prgolas y enrejado Acero Aleado (Hierro y Acero) Uso en la construccin * Serie de edificios de almacenamiento * En la construccin de algunas partes de automviles * Grandes buques Hierro Fundido

* En cocinas * Material perfecto para sartenes, hornos, cacerolas, bandejas de pan de maz y una serie de otras formas. * Tintura para el algodn (Acetato de Hierro) * Insecticidas que se usan en jardines de flores y hortalizas (Arseniato de hierro) *Se utiliza en muchos sistemas de purificacin de agua (Hidrxido de hierro) *Las personas que tienen una deficiencia de hierro (Se utilizar gluconato de hierro) *Otros usos para el hierro productos de caucho, un pigmento en pinturas, y un aditivo en la alimentacin animal.

Conclusiones * El hierro es el cuarto elemento ms abundante en la corteza terrestre y es el elemento ms pesado. El uso ms extenso del hierro (fierro) es para la obtencin de aceros estructurales. * Las aleaciones que se producen entre hierro y carbono para formar acero son muy importantes, ya que este se ha vuelto un material indispensable para elaborar diversos usos, todo por su bajo precio y su dureza. * El Acero proveniente del Hierro tiene grandes aplicaciones, por sobre todo en estructuras, automviles, y en un sinfn de areas. * En la Parte Biolgica el Hierro lo podemos encontrar en carnes, productos integrales, en leguminosas y vegetales, sobre todo de color verde ya que es una parte esencial de la hemoglobina, para tener una buena salud ya que si no lo consumimos nos pueden dar distintas enfermedades como lo es la anemia.

Bibliografa

http://www.infoacero.cl/ http://www.arqhys.com/contenidos/hierro-constitucion.html http://bertan.gipuzkoakultura.net/es/16/es/1.php http://www.arqhys.com/arquitectura/hierro-materiales.html

http://www.lenntech.es/periodica/elementos/fe.htm#Nombre http://www.slideshare.net/bris270803/obtencion-del-hierro-y-delacero http://www.arqhys.com/el-hierro.html http://www.profesorenlinea.cl/Chilegeografia/HierroChile.htm