Minerales de la República mexicana que contienen hierro:

1) siderita (FeCO3)2) magnetita (Fe3O4)

Reacciones al alto horno

C + O2 —-> CO2 + Calor

Carbono + Oxígeno —-> Anhídrido carbónico

Esta reacción es exotérmica, es decir, lleva consigo la producción de calor, y, como resultado, tiene lugar una elevación de la temperatura. El anhídrido carbónico que se forma asciende, encontrando a su paso nuevas remesas de coque, mediante el cual, en estas condiciones de temperatura, se reduce a monóxido de carbono.

CO2 + C —> 2 C0

Anhídrido carbónico + Carbono —>Monóxido de carbono

Las moléculas de monóxido de carbono pueden, a su vez, combinarse con otros átomos de oxígeno, procedentes del óxido de hierro, para formar, nuevamente, anhídrido carbónico, con transformación simultánea de hierro metálico. A este resultado se llega por medio de una complicada serie de reacciones químicas, pero el proceso global es, fundamentalmente, el siguiente:

Fe2O3 + 3 CO —-> 2 Fe + 3 CO2

Óxido Férrico + Monóxido de carbono —> Hierro + Anhídrido carbónico

Veamos, con un poco más de detalle, las distintas etapas que constituyen el proceso global, así como las diferentes zonas del alto horno, en donde se producen estas reacciones parciales. Cuando se introduce el mineral de hierro por la parte superior del alto horno tienen lugar dos reacciones entre el propio mineral y los gases de salida que encuentra a su paso:

Fe2O3 + CO —-> 2 Fe + 3 CO2

3 Fe2O3 + CO —-> 2 Fe2O4 + CO2

A medida que el material se va calentando, tiene lugar en mayor proporción la reacción que forma hierro metálico, el cual va quedando sobre la superficie del mineral. Este proceso está retardado por la otra reacción. La dirección en la que se produce la reacción:

CO2 + C <====> 2 CO

depende de la temperatura y de las cantidades relativas de CO y C02 presentes en los gases de reacción. Según se va deslizando hacia abajo, el mineral pierde gradualmente una parte de su oxígeno, cediéndolo a los gases que ascienden. Alrededor de los 590° C la forma más estable del mineral es FeO (óxido ferroso) y la magnetita, u óxido ferroso-férrico, se reduce según la reacción:

Fe3O4 + CO —–> 3 FeO + CO2

El contacto entre el coque y el óxido ferroso, en esta zona, da como resultado la formación neta de hierro metálico. Cuando se alcanza la temperatura de 800° C (hacia la mitad del alto horno y a unos 10 metros por encima de las toberas) el hierro toma una forma esponjosa. A esta temperatura la caliza comienza a perder anhídrido carbónico, según:

CO3Ca —-> CaO + CO2

Carbonato cálcico ——-> óxido cálcico + Anhídrido carbónico

Al mezclarse el hierro con el carbón disminuye su punto de fusión, por lo que, en la mitad inferior de la columna, el hierro y la escoria comienzan a fundirse y a deslizarse hacia su base. La proporción de la reducción que sufren las impurezas en esta etapa del fundido es la principal determinante de las características del hierro que haya de obtenerse. En esta zona, los elementos redticidos se disuelven en el hierro, mientras que los que permanecen en el estado de óxidos pasan a formar parte de la escoria. El azufre, presente como sulfuros fundidos, es absorbido también por la escoria.

El hierro formado va depositándose en el fondo del alto horno. A esta altura existen unos orificios de salida, que generalmente están cerrados, y que se abren una vez cada cuatro o cinco horas, para sacar unas 300 ó 400 toneladas de hierro fundido.

El hierro así obtenido contiene del 3 al 4,5 % de carbono. La mayoría de las impurezas del mineral han sido separadas mediante la piedra caliza. En efecto, al fundirse ésta, se combina con las impurezas para formar la escoria, sustancia vítrea que también se desliza hacia el fondo del horno. La escoria no es tan densa como el hierro fundido y flota sobre su superficie, de donde se recoge a través de un orificio situado por encima del depósito de hierro.

PARTES DE UN ALTO HORNO

• La cuba: Tiene forma troncocónica y constituye la parte superior del alto

horno; por la zona más estrecha y alta de la cuba (llamada tragante) se

introduce la carga. La carga la componen...

- El mineral de hierro: magnetita, limonita, siderita o hematite.

- Combustible: que generalmente es carbón de coque. Recuerda

que este carbón se obtiene por destilación del carbón de hulla y tiene

alto poder calorífico. El carbón de coque, además de actúar como

combustible provoca la reducción del mineral de hierro, es decir,

provoca que el metal hierro se separe del oxígeno.

El carbono, en su forma industrial de coque, se mezcla con el mineral,

con cuyo oxígeno se combina, transformándose, primero en

monóxido de carbono (CO) y luego en dióxido carbónico (CO2

).

FeO + C → Fe + CO (reducción del mineral de hierro – FeO – en metal hierro con CO)

FeO + CO → Fe + CO2 (reducción del mineral de hierro – FeO – en metal hierro con CO2)

- Fundente: Puede ser piedra caliza o arcilla. El fundente se combina

químicamente con la ganga para formar escoria, que queda flotando

sobre el hierro líquido, por lo que se puede separar. Además ayuda a

disminuir el punto de fusión de la mezcla.

El mineral de hierro, el carbón de coque y los materiales fundentes se

mezclan y se tratan previamente, antes de introducirlos en el alto horno.

El resultado es un material poroso llamado sínter. Las proporciones del

sínter son:

1. Mineral de hierro .........2 Toneladas.

2. Carbón de coque ..........1 Tonelada.

3. Fundente........................½ Tonelada

se introducen por la parte más alta de la cuba. La mezcla arde con la

ayuda de una inyección de aire caliente (oxígeno), de forma que, a

medida que baja, su temperatura aumenta hasta que llega al

• etalaje: Está separada de la cuba por la zona más ancha de esta última

parte, llamada vientre. El volumen del etalaje es mucho menor que el de la

cuba. La temperatura de la carga es muy alta (1500 ºC) y es aquí donde el

mineral de hierro comienza a transformarse en hierro.La parte final del

etalaje es más estrecha.

• Crisol: Bajo el etalaje se encuentra el crisol, donde se va depositando el

metal líquido. Por un agujero, llamado bigotera o piquera de escoria se

extrae la escoria, que se aprovecha para hacer cementos y fertilizantes. Por

un orificio practicado en la parte baja del mismo, denominada piquera de

arrabio sale el hierro líquido, llamado arrabio, el cual se conduce hasta

unos depósitos llamados cucharas.

Así pues, el producto final del alto horno se llama arrabio, también llamado

hierro colado o hierro de primera fusión