Aproximadamente un 5% de la corteza terrestre es hierro; raras veces se encuentra en forma libre o nativa, tan solo cuando procede de meteoritos.
La mayor parte esta combinado con oxigeno, silicio y azufre formando los siguientes minerales:
- Hematita: Fe2O3
- Magnetita: Fe3O4
- Limonitas: Fe2O3.H2O
- Siderita: FeCO3
- Pirita: FeS2
- Silicatos complejos
A la metalurgia del hierro se llama siderurgia; el hierro se extrae principalmente de la hematita y en menor proporción de la magnetita, en Perú el yacimiento de hierro se encuentra en Marcona (departamento de Ica) cuya explotación esta a cargo de la compañía China Shougan Hierro-Perú. La siderurgia del hierro se desarrolla en el Perú principalmente en el puerto de Chimbote.
Marcona – Ica, Perú
La extracción del hierro se realiza principalmente en el alto horno en la cual se lleva a cabo la reducción de la hematita y se produce el arrabio y como subproductos escoria y gases. El arrabio se aglomera en bolitas llamados pellets, lo cual sirve para elaborar el acero.
Alto horno
Los óxidos de hierro obtenidos en la tostación se reducen por la acción del coque en grandes hornos denominados “altos hornos” empleándose un fundente adecuado; principalmente es la piedra caliza o carbonato de calcio (CaCO) impuro lo cual con el calor se descompone dando lugar a la formación de cal.
CaCO3(s) + calor → CaO(s) + CO2(g)
Lo que se forma con la ganga del mineral (constituidas por arcillas principalmente) es la escoria, que será separada del hierro.
El hierro y la escoria fundidos, dentro del “alto horno” se separan por gravedad; la escoria es menos densa y flota sobre el hierro líquido de modo que por la parte superior se extrae la escoria y por la parte inferior se recibe el hierro fundido denominado también “hierro cochino o arrabio” que es muy duro y quebradizo por lo que se usa para hacer piezas moldeadas, que no serán sometidas a grandes esfuerzos. El hierro cochino liquido no es puro, tiene diversas impurezas (azufre, fosforo), principalmente carbono (2% á 5%) y se eliminan por oxidación; luego se trasladan a los hornos de fabricación del acero (convertidores) o bien se transforman en “hierro dulce” o “hierro forjado”
Las reacciones principales que se producen en el “alto horno” son:
a) El coque se oxida a monóxidos de carbono:
2C(s) + O2(g) → 2CO(g)
b) El CO actúa sobre los óxidos reduciéndolos:
- Fe2O3 + CO → Fe3O4 + CO2 (200°C - 950°C)
- Fe3O4 + CO → FeO + CO2 (950°C)
- FeO + CO → Fe + CO2 (950°C - 1800°C)
La reacción neta sería:
Fe2O3(S) + 3CO(g) → 2Fe + 3CO2(g)
Hierro dulce
Es el material que posee mayor tenacidad, útil para la fabricación de cadenas, tornillos, etc.. y en general piezas que han de soportar enormes esfuerzos.
Se obtiene purificando el hierro bruto hasta un contenido de carbono menor al 0,2% liberando totalmente el azufre y el fósforo, lo que facilita que sea un material soldable al rojo con golpes de martillo sobre yunque.
Acero
Para el caso del acero, el carbono que contiene el “arrabio” es quemado en los convertidores con la inyección de oxigeno a alta presión. El resto de las impurezas se oxida y se escorifica y el producto resultante (acero) se vierte en lingotes, los cuales aun calientes se pasan a las plantas de laminado y forjado que producen perfiles y barras de diversas formas.
El acero es una aleación de hierro y carbono , es una de las aleaciones de mayor consumo en el mundo, comparable al consumo de los alimentos. Sus proporciones son alrededor de 0,5% – 1,5% del carbono.
En la fabricación del acero es común adicionar otros elementos como manganeso, cromo, níquel: los cuales le confieren propiedades especiales.Así el acero con contenido considerable de cromo y níquel forma los aceros inoxidables y los aceros con contenido de manganeso se utiliza en maquinaria pesada para trabajos en la industria minera. Cuando el acero contiene titanio o niobio, se utiliza en la industria aeronáutica para los alabes de los aviones.