Perfil de metal: Propiedades y características del hierro

El uso del hierro por parte de los humanos data de hace unos 5000 años. Es el segundo elemento metálico más abundante en la corteza terrestre y se utiliza principalmente para producir acero, uno de los materiales estructurales más importantes del mundo.

Propiedades

• Símbolo atómico: Fe
• Número atómico: 26
• Categoría del elemento: Metal de transición
• Densidad: 7. 874 g / cm ³
• Punto de fusión: 2800 ° F ( 1538 ° C)
• Punto de ebullición: 5182 ° F (2862 ° C)
• Dureza de Moh: 4

Características

El hierro puro es un metal plateado que conduce bien el calor y la electricidad.

El hierro es demasiado reactivo para existir solo, por lo que solo se produce naturalmente en la corteza terrestre como minerales de hierro, como hematita, magnetita y siderita.

Una de las características de identificación del hierro es que es fuertemente magnética. Expuesto a un fuerte campo magnético, cualquier pieza de hierro puede ser magnetizada. Los científicos creen que el núcleo de la tierra se compone de aproximadamente 90% de hierro. La fuerza magnética producida por este hierro es lo que crea los polos magnéticos norte y sur.

Historia

El hierro probablemente se descubrió y se extrajo originalmente como resultado de la quema de madera encima de los minerales que contienen hierro. El carbono dentro de la madera habría reaccionado con el oxígeno en el mineral, dejando un metal de hierro suave y maleable. La fundición de hierro y el uso del hierro para fabricar herramientas y armas comenzaron en Mesopotamia (actual Iraq) entre el 2700 y el 3000 a. Durante los siguientes 2000 años, el conocimiento de la fundición de hierro se extendió hacia el este en Europa y África durante un período conocido como la Edad del Hierro.

Desde el siglo XVII en adelante, hasta que se descubrió un método eficiente para producir acero a mediados del siglo XIX, el hierro se usa cada vez más como material estructural para fabricar barcos, puentes y edificios. La Torre Eiffel, construida en 1889, se hizo con más de 7 millones de kilogramos de hierro forjado.

Rust

La característica más problemática de Iron es su tendencia a formar óxido.

El óxido (u óxido férrico) es un compuesto marrón quebradizo que se produce cuando el hierro se expone al oxígeno. El gas oxígeno contenido en el agua acelera el proceso de corrosión. La tasa de oxidación (la rapidez con que el hierro se convierte en óxido férrico) está determinada por el contenido de oxígeno del agua y el área de superficie del hierro. El agua salada contiene más oxígeno que el agua dulce, por lo que el agua salada oxida el hierro más rápido que el agua dulce.

El óxido se puede prevenir recubriendo el hierro con otros metales que son químicamente más atractivos para el oxígeno, como el zinc (el proceso de recubrimiento del hierro con zinc se conoce como "galvanización"). Sin embargo, el método más efectivo de protección contra la herrumbre es el uso del acero.

Acero

El acero es una aleación de hierro y varios otros metales, que se utilizan para mejorar las propiedades (resistencia, resistencia a la corrosión, tolerancia al calor, etc.) de hierro. Cambiar el tipo y la cantidad de los elementos aleados con hierro puede producir diferentes tipos de acero.

Los aceros más comunes son:

1. Aceros al carbono, que contienen entre 0. 5-1. 5% de carbono. Estos son los aceros más comunes y se utilizan para carrocerías de automóviles, cascos de barcos, cuchillos, maquinaria y todo tipo de soportes estructurales.
2. Aceros de baja aleación, que contienen entre un 1-5% de otros metales (a menudo níquel o tungsteno). El acero al níquel es capaz de soportar altos niveles de tensión y, por lo tanto, a menudo se usa en la construcción de puentes y para hacer cadenas de bicicletas. Los aceros de tungsteno mantienen su forma y resistencia en entornos de alta temperatura y se utilizan en aplicaciones rotatorias de impacto, como brocas.
3. Los aceros de alta aleación, que contienen 12-18% de otros metales, solo se usan en aplicaciones especiales debido a su alto costo. Un ejemplo de acero de alta aleación es el acero inoxidable, que a menudo contiene cromo y níquel, pero también se puede alear con otros metales. El acero inoxidable es muy resistente y altamente resistente a la corrosión.

Producción

La mayor parte del hierro se produce a partir de minerales que se encuentran cerca de la superficie de la tierra. Las técnicas modernas de extracción usan altos hornos, que se caracterizan por sus altas pilas (estructuras tipo chimenea). El hierro se vierte en las pilas junto con el coque (carbón rico en carbón) y la piedra caliza (carbonato de calcio). Hoy en día, el mineral de hierro normalmente pasa por un proceso de sinterización antes de ingresar a la pila. Este proceso forma piezas de mineral que están entre 10-25 mm, que luego se mezclan con coque y piedra caliza.

El mineral sinterizado, el coque y la piedra caliza se vierten en la chimenea donde se quema a temperaturas de 1800 ° C. El coque se quema como fuente de calor y, junto con el oxígeno que se inyecta en el horno, ayuda a formar el monóxido de carbono del gas reductor. La piedra caliza se mezcla con impurezas en el hierro para formar escoria. La escoria es más ligera que el mineral de hierro fundido, por lo que se eleva a la superficie y puede eliminarse fácilmente. El hierro caliente se vierte en moldes para producir arrabio o se prepara directamente para la producción de acero.

El arrabio todavía contiene entre 3. 5-4. 5% de carbono, junto con otras impurezas, y es frágil y difícil de trabajar. Se utilizan varios procesos para reducir las impurezas de fósforo y azufre en el arrabio para producir hierro fundido. El hierro forjado, que contiene menos de 0.25% de carbono, es resistente, maleable y fácil de soldar, pero es mucho más laborioso y costoso de producir que el acero con bajo contenido de carbono.

En 2010, la producción mundial de mineral de hierro fue de alrededor de 2. 4 mil millones de toneladas. China, el mayor productor, representó aproximadamente el 37.5% de toda la producción, mientras que otros países productores importantes incluyen Australia, Brasil, India y Rusia.

Aplicaciones

El hierro fue alguna vez el material estructural principal, pero durante mucho tiempo ha sido reemplazado por el acero en la mayoría de las aplicaciones. Sin embargo, el hierro fundido todavía se usa en tuberías y para fabricar piezas de automóviles, tales como culatas, bloques de cilindros y cajas de engranajes. El hierro forjado todavía se utiliza para producir artículos de decoración del hogar, como estantes para vinos, candelabros y barras para cortinas.

Referencias

Street, Arthur. & Alexander, W. O. 1944. Metales al servicio del hombre . 11ª Edición (1998).
La Asociación Internacional de Arrabio.
Fuente: www. Pigiron. org. uk
USGS. Resúmenes de productos minerales: hierro y acero (2011).
Fuente: // minerals. usgs. gov / minerals / pubs / commodity / iron _ & _ steel