Obtención de hierro (arrabio) en un alto horno [Fundamentos químicos]
Summary
TLDREste vídeo educativo explica el proceso de obtención del hierro, comenzando con una introducción sobre minerales y menas. Se enfoca en la metalurgia del hierro, describiendo las principales menas utilizadas como la hematita y la magnetita. Detalla el proceso de reducción en altos hornos, donde se emplea carbón coque y piedra caliza para purificar el hierro de impurezas. El resultado es la producción de hierro fundido, conocido como radio, que contiene impurezas como carbono, lo que lo hace quebradizo. Finalmente, se invita a los espectadores a un cuestionario para revisar los conceptos presentados.
Takeaways
- 🌋 La mayoría de los metales provienen de minerales, que son sustancias naturales con una composición química característica.
- ⛏ Los minerales que contienen el metal deseado se llaman mena, mientras que los demás minerales presentes se denominan carga.
- 🔍 La metalurgia es la ciencia y tecnología que se ocupa de la separación de metales desde sus minerales.
- 🧪 El proceso de obtención del hierro se centra en la reducción de óxidos de hierro, como la hematita y la magnetita, utilizando carbón en forma de coque.
- 🔥 Los altos hornos, construidos con materiales refractarios, son utilizados para soportar las altas temperaturas necesarias en el proceso de reducción.
- 🌡️ Las reacciones en el alto horno dependen de las temperaturas específicas, con reacciones diferentes ocurriendo en rangos de temperaturas desde 200°C hasta 1200°C.
- 🔄 El carbón coke reacciona con el aire para producir monóxido de carbono, que a su vez reduce los óxidos de hierro presentes en la mena.
- 💠 La piedra caliza, que se descompone en óxido de calcio y dióxido de carbono, ayuda a eliminar impurezas del hierro mediante reacciones que forman escoria.
- 🍪 La escoria, menos densa que el hierro, fluye hacia la parte superior y se separa del metal fundido, permitiendo su eliminación.
- ⚙️ El hierro resultante, conocido como radio, contiene impurezas como carbono, silicio, fósforo, manganeso y azufre, lo que afecta sus propiedades mecánicas.
Q & A
¿Cuál es la principal fuente de metales en la naturaleza?
-La mayoría de los metales provienen de minerales, que son sustancias de origen natural con una composición química característica.
¿Qué se llama a los minerales que se utilizan para obtener el metal deseado?
-Los minerales que se utilizan para obtener el metal deseado se llaman mena.
¿Cuál es la diferencia entre mena y carga en un yacimiento minero?
-La mena es el mineral que contiene el metal deseado, mientras que la carga son los minerales restantes que no son de interés para la extracción del metal.
¿Qué es la metalurgia y qué relación tiene con la obtención de hierro?
-La metalurgia es la ciencia y tecnología de la separación de los metales a partir de sus venas. En el caso del hierro, la metalurgia del hierro se encarga de transformar los óxidos de hierro en metal metálico.
¿Cuáles son las principales formas en que se encuentra el hierro en la corteza terrestre?
-El hierro se encuentra en la corteza terrestre principalmente como sulfuro de hierro, carbonato de hierro, óxido de hierro (hematita) y magnéticos (también un óxido de hierro).
¿Por qué no se utiliza el sulfuro de hierro (tiritas de hierro) para la obtención de hierro?
-Cuando el sulfuro de hierro se somete a calor y oxígeno, genera óxido de azufre (SO2), que puede causar la lluvia ácida y por lo tanto no es utilizado en la obtención de hierro.
¿Qué es el coque y cómo se relaciona con el proceso de obtención del hierro?
-El coque es una forma de carbón que se utiliza en el proceso de obtención del hierro. Se quema en un alto horno para generar monóxido de carbono, que luego reduce los óxidos de hierro.
¿Cuál es la función de la piedra caliza en el proceso de obtención del hierro?
-La piedra caliza, que es un carbonato de calcio, se descompone en el horno para formar óxido de calcio, que reacciona con las impurezas de la mina para formar escoria, facilitando así la separación del hierro.
¿Qué ocurre en el alto horno durante el proceso de reducción de los óxidos de hierro?
-En el alto horno, el carbón coke reacciona con el oxígeno para formar monóxido de carbono, que sube y reduce los óxidos de hierro en diferentes rangos de temperaturas, eventualmente formando hierro metálico.
¿Qué es la escoria y cómo se separa del hierro en el proceso de obtención?
-La escoria es una mezcla líquida de compuestos como el silicato de calcio y el aluminio de calcio, que es menos densa que el hierro y por lo tanto se separa flotando hacia arriba, permitiendo su eliminación del proceso.
¿Qué es la radio y cómo se diferencia del hierro puro?
-La radio es un hierro fundido que contiene una gran cantidad de impurezas, principalmente carbono (hasta un 5%), lo que le da propiedades mecánicas diferentes al hierro puro, haciéndolo quebradizo y con un punto de fusión más bajo.
Outlines
🔍 Introducción a la Obtención del Hierro
El vídeo comienza con una introducción al proceso de obtención del hierro, explicando que la mayoría de los metales provienen de minerales y que estos son sustancias naturales con una composición química característica. Se definen los términos 'mena' para los minerales que contienen el metal de interés y 'carga' para los minerales no deseados. El proceso de extraer el metal deseado de los minerales se denomina metalurgia, y se enfatiza que el vídeo se centrará en la metalurgia del hierro. Se menciona la existencia de hierro en la corteza terrestre en diferentes formas, como sulfuro de hierro, carbonato de hierro (inéditas), óxido de hierro (hematita y magnéticas). Se explica que, aunque las tiritas de hierro son abundantes, no se utilizan por la generación de gases contaminantes como el óxido de azufre (SO2) y el ácido sulfúrico, que causan la lluvia ácida. En cambio, se obtiene el hierro de los óxidos de hierro, principalmente de la hematita y la magnetita, y se describe el proceso de reducción de los óxidos de hierro utilizando carbón en forma de coque en un alto horno.
🔧 Proceso de Obtención del Hierro en el Alto Horno
Se describen los detalles del proceso de obtención del hierro en un alto horno, donde se carga la mina concentrada de hierro, piedra caliza y carbón coque por la parte superior. Se explica que las reacciones químicas dependen de los rangos de temperaturas en los que se encuentran los reactivos. Las reacciones ocurren en etapas, iniciando con la reducción del óxido de hierro con monóxido de carbono para formar óxido ferroso (férrico), seguido por la reducción del óxido ferroso con monóxido de carbono para formar óxido de hierro. Además, se detalla la descomposición del carbonato de calcio (piedra caliza) en óxido de calcio y dióxido de carbono. Se menciona la importancia de la piedra caliza para neutralizar las impurezas presentes en la mina, como el óxido de aluminio y el óxido de silicio, formando silicato de calcio y aluminio de calcio, que se separan del hierro fundido como escoria. Finalmente, se destaca que el hierro obtenido en este proceso, llamado radio, contiene impurezas como carbono, silicio, fósforo, manganeso y azufre, lo que afecta sus propiedades mecánicas y su punto de fusión.
📝 Resumen y Preguntas del Proceso de Obtención del Hierro
El vídeo concluye con un cuestionario que resalta los conceptos clave del proceso de obtención del hierro. Se pregunta qué venas se utilizan para obtener hierro, a lo que se responde que son las hematita y la magnetita. Se explica que el proceso fundamental es una reducción química, pasando del óxido de hierro (+3 de oxidación) al hierro metálico (oxidación 0). Se cuestiona sobre la función del carbón coque y del monóxido y dióxido de carbono, donde el carbón coque reacciona con el aire para generar monóxido de carbono, y este último reduce los óxidos de hierro y se regenera a partir del dióxido de carbono. La función de la piedra caliza es descomponerse para formar óxido de calcio, que reacciona con las impurezas de la mina para formar escoria, que se separa del hierro fundido por diferencias de densidad. Se menciona que el radio, el hierro fundido con impurezas, es quebradizo y tiene un punto de fusión bajo, lo que lo hace moldeable. El vídeo termina con una invitación a los espectadores para que dejen sus dudas en los comentarios y se les anima a suscribirse y compartir el contenido.
Mindmap
Keywords
💡Metalurgia
💡Mena
💡Carga
💡Hematita
💡Magnetita
💡Reacción de reducción
💡Carbón de coque
💡Piedra caliza
💡Escoria
💡Radio
Highlights
La obtención de hierro comienza con la extracción de minerales como el sulfuro, el carbonato y los óxidos de hierro.
Los minerales que contienen el metal deseado se llaman mena, mientras que el resto se conoce como carga.
La metalurgia del hierro se centra en la separación de los metales a partir de sus venas.
Los óxidos de hierro, como la hematita y la magnetita, son los principales minerales utilizados para obtener hierro.
Las tiritas de hierro no son utilizadas en la producción de hierro debido a la generación de ácido sulfúrico.
El proceso de reducción de los óxidos de hierro es fundamental para obtener el hierro metálico.
El carbón en forma de coque es esencial para reducir los minerales de hierro en un alto horno.
El alto horno es un dispositivo de material refractario diseñado para resistir altas temperaturas.
Las reacciones químicas en el alto horno dependen de las temperaturas específicas en diferentes rangos.
La piedra caliza descompone en óxido de calcio y dióxido de carbono, lo que ayuda a purificar el hierro.
El dióxido de carbono y el monóxido de carbono juegan un papel crucial en la reducción de los óxidos de hierro.
La escoria, una mezcla de impurezas, es menos densa que el hierro y se separa fácilmente.
El hierro fundido con impurezas se conoce como radio y tiene propiedades mecánicas diferentes al hierro puro.
El proceso de obtención de hierro se detalla paso a paso, desde la carga de minerales hasta la producción de radio.
El carbón coke reacciona con el aire para generar monóxido de carbono, esencial para la reducción.
El óxido de calcio reacciona con las impurezas para formar la escoria, que se separa del hierro fundido.
El radio, al ser impuro, es quebradizo y tiene un punto de fusión bajo, lo que lo hace moldeable.
Transcripts
buenas chicos el día de hoy les traigo
un vídeo acerca de la obtención de
hierro vamos a comenzar este vídeo
haciendo una pequeña introducción luego
nos centraremos netamente en lo que es
la obtención de hierro y posteriormente
vamos a cerrar haciendo un cuestionario
el cual no voy a responder y trata de
resumir todos los conceptos que vimos y
también es para que ustedes por si
entendieron el tema del orden pidieron
bueno comenzamos la mayor parte los
metales provienen de los minerales un
mineral es una sustancia de origen
natural con una composición química
característica cuando sólo tenemos una
roca desde un crecimiento minero esta
roca tienen una serie de minerales bueno
de los minerales que me sirven para
obtener el metal deseado se llama mena
ya el resto de los minerales que está
incluido en la ropa se llama cargar
este es el proceso de un yacimiento
minero hasta con la ropa por un proceso
de minería esta roca viene con una serie
de minerales los cuales algunos que
interesan algunos no para obtener el
metal deseado pero ya como obtengo de
los minerales que tienen el metal como
los hago en metal deseado por un proceso
metalúrgico bueno a todo esto la
metalurgia es la ciencia y tecnologías
de la separación de los metales a partir
de sus venas
desde ahora solamente vamos a plantear
lo que es la metalurgia del hierro las
principales minas de hierro el hierro
existe la corteza terrestre en muchas
maneras diferentes como por ejemplo las
primeras de hierro que son sulfuro de
hierro las inéditas que es un carbonato
de hierro la hematita que es un óxido de
hierro y las magnéticas que también es
un óxido de hierro y bueno nosotros
obtenemos el hierro a partir de los
óxidos de hierro o sea de la hematita y
la magnetita que ustedes las tiritas de
hierro son muy abundantes y ustedes se
preguntarán si son tan abundantes estas
pintas de hierro por kim o sea que no se
utilizan para la obtención de hierro y
es por lo siguiente que cuando las
pintas de hierro le sometemos a calor y
oxígeno generar óxido de azufre so2
bueno este óxido de azufre al entrar en
contacto con el oxígeno de la atmósfera
va a generar so3
de óxido de azufre y este antióxido de
azufre al mezclarse con agua va a
generar ácido sulfúrico lo que genera la
lluvia ácida por eso es que no se ocupan
las tiritas bueno si se ocupan mejor los
óxidos aparte los óxidos son fáciles de
reducir con carbono monóxido de carbono
y dióxido de carbono
bueno el fundamento químico del proceso
es una reducción de los óxidos de hierro
un carbón este cardón viene en forma de
coque
o sea en forma de milagro en un alto
horno bueno que es un alto horno los
altos hornos son hornos construidos con
material refractario es decir con
materiales que pueden resistir a estas
temperaturas sin descomponerse por lo
general están compuestos con aleaciones
con metales de transición 2 para
resistir las altas temperaturas ya éstos
no son muy altos y de funcionamiento
continuo bueno en un rato no es un
reactor porque es un reactor porque
dentro de él o con reacciones químicas
ya no es el fundamento del proceso es
una reducción porque porque comenzamos
de un óxido de hierro
con estado de oxidación para el hierro 3
y pasamos a un hierro con esta oxidación
0 bueno entonces como de 0 a las 3 o de
más 3 a 0 hay una reducción de números
es una reducción clínica
pasamos ahora nos dice el proceso de
obtención
bueno por la parte alta del horno se
introduce la mina concentrada de hierro
con piedra caliza y carbón coke la
piedra caliza es esta que vemos acá a la
derecha es una piedra más o menos
amarillenta
y el carbón coke es el árbol que es el
bueno
bueno acá está el diagrama de lo que es
un entorno
como pueden ver las reacciones estas
separadas según rangos de temperaturas
ok entonces la primera observación que
tenemos que hacer de este entorno es que
las reacciones que van ocurriendo
dependen de las temperaturas a las que
se van encontrando los reactivos en el
alto del horno bueno
y por otro lado tenemos que notar que la
temperatura más alta pintada por el
fondo del pont del horno y la
temperatura más baja viene dado en la
cima del horno bueno entonces como
comienza todo esto primero se carga por
arriba
con el amena que la amena es el óxido de
aluminio pero esta mina puede venir con
impurezas ojo con eso porque no podemos
obtener solamente de una roca sacar
solamente los minerales que no sólo nos
los que queremos no siempre más
mezclados con más minerales bueno
entonces ahí donde me da recuerden que
es óxido de aluminio más impurezas
también se mete piedra caliza la piedra
caliza es un carbonato de calcio ya dice
mente es carbón coke pero por abajo se
hace pasar una corriente de aire
caliente desde la parte inferior ya
hacia arriba el oxígeno gaseoso
reacciona con el carbón coke como esta
reacción que vemos acá
formando monóxido de carbono
este monóxido de carbono tiene como fin
ir reduciendo a los minerales de hierro
las reacciones que están más arriba y
las vamos a ver a continuación
las reacciones que ocurren en un alto
horno son las siguientes yo puse
exactamente lo que está en el diagrama
lo escribí acá para que no se confundan
simplemente luís se haga más grande
bueno entre unos 200 grados y 700 grados
celsius ocurren las primeras reacciones
de reducción de la mena de hierro
aunque comenzamos la primera reacción
esta que tenemos acá que me dice me dice
que el óxido de hierro 3 que es esto de
acá se reduce con monóxido de carbono y
me genera óxido ferroso férrico es esto
de acá
óxido ferroso férrico más dióxido de
carbono luego el óxido ferroso este
reboot nuevamente vuelve a reducirse con
monóxido de carbono y me genera óxido de
hierro 2
cogió perrito bueno más dióxido de
carbono
disculpen éste no es óxido férrico es
óxido ferroso y el próximo ferroso
óxido de hierro 2 bueno me equivoqué
y acá ocurre algo muy importante también
que es la descomposición del carbonato
de calcio que es la piedra caliza la
piedra caliza se descompone según la
siguiente reacción se descompone en
óxido de calcio más dióxido de carbono
ya donde el dióxido carbono sube ya que
es un gas y él es óxido de calcio ya que
es un sólido paja
pasamos a la siguiente parte a las
reacciones que ocurren entre 700 y 1.200
grados celsius bueno qué ocurre acá
ocurre que el dióxido el dióxido de
carbono
se junta con el carbón coke y la prueba
general en monóxido de carbono o sea que
todo el co2 generado de la etapa de
reducción anteriores que se genera entre
200 y 700 grados celsius lo que pasa
ahora es que todo ese monóxido se vuelve
a regenerar a partir del dióxido de
carbono que se genera en la reacción
bueno
también lo que ocurre es la última
reducción del óxido de hierro que
tenemos el óxido el óxido ferroso
y los habíamos obtenido acá el óxido
ferroso ahora va a reaccionar nuevamente
con el monóxido y me va a generar hierro
en estado de oxidación cero o sea el del
metal de hierro más dióxido de carbono
ahora la pregunta es por qué se
introduce piedra caliza al horno porque
ya vimos que el fin del carbón coke es
reaccionar con el oxígeno y generar
monóxido de carbono pero porque la
piedra caliza que es lo que hace el
carbonato de calcio lo único que hace es
descomponerse en co2 que sale una arriba
más óxido de calcio bueno todo tiene un
fin el óxido de calcio reacciona con las
impurezas del hierro se acuerdan que yo
les dije que este esta mina no entraba
solamente el óxido de aluminio entrada
con impurezas bueno lo que hace la
piedra caliza reaccionar con esas
impurezas más que la piedra caliza en sí
es el producto que genera o sea esto el
óxido de calcio el óxido de calcio
reacciona con las impurezas que vienen
en la mina que son la arena
de sílice óxido de silicio en la fórmula
de la arena y me genera este compuesto
de gas que es un silicato de calcio
y también reaccionar por el óxido de
aluminio generando aluminio de calcio
todo esto es tan líquido por si acaso ya
acá tengo un diagrama del alto horno
esto que está acá que está arriba como
un café se llama escoria bueno y que es
la escoria
la escoria es la mezcla ante estos
buenos chicos le estaba diciendo que
esto café que está acá se llama escoria
la escoria no es nada más que una mezcla
líquida entre estos el citrato de calcio
el alumnado de calcio no es nada más que
eso la escoria la escoria es menos densa
que el hierro
el hierro es más denso entonces por lo
cual queda abajo y sobre van a explotar
los compuestos que consideramos como
escoria ya la escoria esto café que está
acá es un material se me he ido es como
una especie de miel si lo pudiera decir
así qué fruta encima por lo cual es
relativamente fácil sacar esa escoria
como se ve acá se saca por este tubito
que está allá arriba se saca todas esas
impurezas que reaccionaron con las
con el óxido de calcio bueno ahora lo
que pasa con este hierro que está más
abajo que hay índices al día de la radio
fundido bueno que porque se llama radio
si no era hierro bueno el metal eso
tiene es tan impulso que debe
purificarse
este hierro que es hierro puro se llama
a radio la radio no es nada más que a
hierro fundido con mucha cantidad de
impurezas que puede contener hasta un 5
por ciento de carbono un poco de silicio
fósforo manganeso y azufre bueno de
dónde vienen esos el manganeso el
fósforo por ejemplo eso viene de las
impurezas que vienen en la mina bueno
por otro lado el carbono viene del
carbón coke que no reacciona que dame
junto con el hierro y el azufre también
vienen del carbón coke
se mezcla con el hierro bueno
en la radiación y tanta cantidad carbono
que hace al hierro un material
quebradizo y que nos sirva debido a que
sus propiedades mecánicas ya porque ese
yo no se caracteriza por ser un material
bastante duro y resistente bueno eh la
radio no es para nada de eso tiene tanta
cantidad de impureza que se rompe como
si fuese una galleta
bueno y aparte tiene un punto de fusión
relativamente bajo que de mil 180 grados
celsius por lo cual es moldeable por
esta razón razón también se le conoce
como yo' refundido bueno estos chicos
ese es el proceso de obtención de hierro
este hierro es el puro la recuerdo tiene
que ser purificado es el proceso de
purificación lo vamos a ver en el
siguiente vídeo bueno y como les dije
vamos a terminar con un cuestionario es
cuál es el siguiente dice uno quien
venas se utilizan para la obtención de
hierro bueno recuerden que para la
obtención del hierro nosotros ocupamos
los óxidos y que óxidos son para los que
ocupamos la hematita que esté oxidada y
la magnetita bueno
siguiente pregunta
dice por ese fundamento químico del
proceso de obtención de hierro el
fundamento que digo es un proceso de
reducción química donde pasamos de un
óxido de hierro que tenía estado de
oxidación +3 a un hierro metálico que
tiene estado cge y dación cero una
reducción química bueno tercera pregunta
cuál es la función del carbón de coque
en el proceso el carbón de coque lo que
hace es reaccionar con el aire que entra
por abajo en el entorno lo que me va a
generar monóxido de carbono
tercera pregunta digo cuarta cuál es la
función del monóxido de carbono y del
dióxido de carbono en el proceso
bueno este monóxido de carbono que se
genera va a subir porque es un gas menos
denso y va a ir reduciendo los óxidos
que tienen en la mina
bueno y el dióxido de carbono que hace
lo que hace es reaccionar por el carbón
coke como se puede ver aquí lo que me va
a regenerar el monóxido de carbono para
que vaya e ir reduciendo las etapas que
están más arriba bueno
vamos las 5 cuál es la función de la
piedra caliza el proceso la piedra
caliza lo que hace es descomponerse
descomponerse según la siguiente
ecuación en esta ecuación que debemos
sacar y lo que hace es generar esto el
óxido de calcio el óxido de calcio es el
que va a reaccionar con las impurezas
escribir en en la mina cosas que vienen
con el óxido de aluminio
y me iba a generar esto el silicato de
calcio y el aluminio de calcio lo cual
va a formar la escoria que es menos
densa que esto cafecito dakar bueno y
tiene la escoria y como se separa del
hierro fundido bueno la escoria habíamos
dicho que es el silicato de calcio y el
aluminio de calcio que es menos denso y
queda arriba del hierro porque es menos
denso por como es menos denso se puede
separar mecánicamente acá se puede
separar por un tubo simplemente se
separan por diferencias de densidad y
que es la radio bueno es la radio no es
nada más que hierro una gran cantidad de
impureza sobre todo carbono alrededor
del 5% la radio es joven puro que con
las impresas lo hace muy quebradizo los
muy quebradizo es que sus propiedades
mecánicas no sean las mismas que edad
del hierro impuro
esos chicos espero que se haya entendido
que de cansado de tanto hablar cualquier
duda en los comentarios
espero que le haya gustado suscribirse
desde me gusta compartan muchas gracias
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