Proyecto - Reduccion Del Hierro

Reducción del óxido férrico Obtención de hierro metálico

1. OBJETIVO:

1.1. Objetivo general

Obtener de hierro a partir de un óxido (Fe2O3), que es una forma natural de encontrar este elemento en la naturaleza. Para ello, se recurrirá a las propiedades químicas que tiene el hidrogeno que hace de este un potente agente reductor que se oxidará reduciendo al óxido de hierro.

1.2. Objetivos específicos

o Realizar el armado adecuado para lograr un correcto procedimiento experimental

o Conseguir un rendimiento satisfactorio a partir de la reducción del óxido férrico

o Demostrar que el procedimiento utilizado es viable para la obtención de hierro

2. FUNDAMENTO TEORICO

2.1. INTRODUCCION

El hierro es el cuarto elemento más abundante en nuestro planeta después del oxigeno, silicio y aluminio. Es por tanto el segundo metal más abundante y el primero de los elementos de la transición. En la naturaleza lo vamos a encontrar en minerales como la hematites, la magnetita o la limonita, en los que se halla en forma de óxidos, la siderita, fundamentalmente formada por carbonato de hierro y la pirita, donde encontramos el hierro en forma de sulfuros.

Históricamente el hierro es conocido desde tiempos prehistóricos, y no hay ningún elemento que haya jugado un papel tan importante en el progreso del hombre. Los primeros fragmentos de hierro que se conocen son de hace unos seis mil años y proceden de meteoritos caídos a la tierra. De épocas posteriores se han encontrado muestras de fragmentos de hierro frágil y quebradizo, obtenido por reducción de minerales de hierro con carbón vegetal a baja temperatura. En esta época no se conocía la forma de fundir el hierro por falta de fuelles, con lo cual para moldearlo había que hacerlo a base de golpes. Parece ser que el hierro se fundió por primera vez en época de los Hititas en Asia Menor en el tercer milenio antes de Cristo y fue uno de los secretos mejor guardados en la historia del hombre, ya que les permitió construir armas superiores a las de bronce que en ese momento existían, y por tanto mantener una hegemonía militar y política sobre el mundo civilizado existente. Para hacerse una idea del valor del hierro en esa época solamente hay que decir que su precio superaba en cinco veces al del oro. Es sobre año 1200 a.c. cuando el imperio Hitita empieza a derrumbarse y el conocimiento de la obtención y fundición del hierro se extiende por todas las civilizaciones de la tierra y comienza, de esta forma lo que se ha dado en llamar la Edad de Hierro que sustituyo a la del Bronce.

Otro momento importante en la historia del hierro, y por tanto del hombre, lo encontramos en el siglo XVIII, cuando en 1773 Abraham Darby desarrolló el proceso de obtención de hierro con carbón mineral (coke) y se crearon los primero altos hornos, que permitían obtener del orden de 10.000 Tm de hierro por día. Este hecho abrió las puertas a la Revolución Industrial, que es el origen de la llamada Época Moderna en la que nos encontramos.

2.2. HIERRO

El hierro o fierro es un elemento químico de número atómico 26 situado en el grupo 8, periodo 4 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Fe (del latín fĕrrum) y tiene una masa atómica de 55,6 u. El núcleo de la Tierra está formado principalmente por hierro y níquel, generando al moverse un campo magnético.

Es un metal maleable, de color gris plateado y presenta propiedades magnéticas; es ferro magnético a temperatura ambiente y presión atmosférica. Es extremadamente duro y denso.

Se encuentra en la naturaleza formando parte de numerosos minerales, entre ellos muchos óxidos, y raramente se encuentra libre. Para obtener hierro en estado elemental, los óxidos se reducen con carbono y luego es sometido a un proceso de refinado para eliminar las impurezas presentes.

Es el elemento más pesado que se produce exotérmicamente por fusión, y el más ligero que se produce a través de una fisión, debido a que su núcleo tiene la más alta energía de enlace por nucleón (energía necesaria para separar del núcleo un neutrón o un protón); por lo tanto, el núcleo más estable es el del hierro-56 (con 30 neutrones).

2.3. EXTRACCION DEL HIERRO

El mineral extraído de una mina de hierro puede ser de carga directa a los altos hornos o puede requerir de un proceso de peletización para ser utilizado en la producción del acero, esto según sea su calidad. Es importante destacar que si el mineral posee bajo contenido de impurezas (principalmente fósforo y azufre), puede ser utilizado para carga directa, requiriendo sólo tratamientos de molienda y concentración. Este es el caso de Minas el Romeral.

Si, por el contrario, el contenido de impurezas es relativamente alto, se realiza también la molienda y concentración, pero requiere además de un proceso químico de peletización, donde se reducen significativamente dichas impurezas.

2.4. TRITURACION Y MOLIENDA

La trituración que se realiza tiene por objeto reducir el tamaño de los minerales. Se hace en seco en máquinas llamadas trituradoras, que pueden ser de mandíbulas o giratorias. La molienda puede hacerse con materiales húmedos o secos. Se utilizan los molinos rotatorios. La diferencia entre un proceso y otro está en el tamaño de los materiales obtenidos en cada proceso: en la molienda se obtiene el mineral en partículas más pequeñas que en la trituración.

2.5. CLASIFICACION

Es la separación del material obtenido en los procesos anteriores por tamaños similares. Se utilizan diversos instrumentos y procedimientos.

Criba: separan el material por tamaño, por una parte los que pasan por una malla y los que no pasan.

Tamiz: es una criba fina y se usa para obtener partículas muy pequeñas.

Procedimiento de clasificación hidronámica: se basa en el principio de que un líquido donde se introducen las partículas de mineral obtenido en los procesos anteriores, por efecto de las diferentes velocidades de caída. Al cabo del tiempo, tendrá lugar una estratificación de éstas, de forma que las de mayor densidad quedarán en las capas inferiores y las de menor en las superiores.

2.6. PRODUCCION DEL HIERRO EN LA INDUSTRIA

Por la importancia que tiene el hierro en la actividad industrial nos enfocaremos al estudio del proceso de reducción de éste metal.

El proceso más importante para la producción del hierro a partir de su óxido más estable es la fusión en el alto horno, el cual consiste en una cuba entre 20 y 30 m de alto, construida de lámina de acero por fuera y recubierta por dentro con ladrillo refractarios con el objeto de no radiar calor.

El horno se carga con mena de hierro Fe2O3 en forma de pellets, coque (el agente reductor) y fundentes, los cuales tienen por objeto producir una escoria de composición adecuada, por lo general es cal o piedra caliza.

Por el fondo del horno se introduce un soplo de aire caliente a través de las toberas. Los gases del horno del horno se extraen por la parte superior y el arrabio (metal caliente) y la escoria fundida se localizan en el fondo del horno en un crisol. El cono invertido que se encuentra entre el cuerpo del horno y el crisol se llama atalaje.

Al nivel de las toberas el aire reacciona con el coque dando la reacción global:

Ésta reacción representa la principal fuente de calor y de gas reductor. En la parte superior del cuerpo del horno, la mena se reduce por medio de las siguientes etapas:

Las principales reacciones tienen lugar en el intervalo de 700 a 1200 C

Un método alternativo que utilizan los países donde la energía eléctrica es barata es la reducción de mena de hierro mediante electricidad. El tipo de horno utilizado se muestra en la foto. La diferencia principal con respecto al alto horno consiste en que la electricidad suministra el calor en lugar de la combustión de coque en las toberas. No obstante, la reducción química de la mena de hierro se realiza también con coque. Debido a que no se introduce aire, el volumen de gases es mucho menor que en el alto horno y se encuentra limitado a los que se producen por la reducción directa, de acuerdo a la siguiente reacción:

2.7. EL HIERRO EN BOLIVIA

El cerro que contiene el yacimiento de hierro más grande del mundo, es también la reserva de este tipo menos explotada de todo el globo terráqueo y se encuentra en Bolivia.

El Mutún, ubicado en la provincia Germán Busch del departamento de Santa Cruz, con una reserva de más de 40.000 millones de toneladas de hierro, este cerro fue descubierto por el geólogo francés Castelnau en 1845 y desde esos años fue estudiado y abandonado muchas veces.

El hierro a flor de tierra de El Mutún tiene todas las formaciones de hierro del mundo que son el resultado de la sedimentación en lagos antiguos de ciertos conglomerados de minerales que había en los lodos. De esta manera el hierro se presenta en forma de hematita, magnetita y, en menor cantidad, siderita y mineral de manganeso.

Las actividades en el cerro de El Mutún iniciaron en 1970. La Corporación Minera de Bolivia, (Comibol) instaló una planta piloto para el lavado y tamizado del mineral, a fin de producir concentrados para un embarque de prueba hacia el complejo de

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