Hierro mineral: Propiedades, características y aplicaciones
¿Qué es el hierro?
El hierro es el más importante de los metales utilizados en la construcción de ingeniería, es decir que es usado en ingeniería civil y geotecnia. Está disponible en abundancia, pero no ocurre libremente en la naturaleza.
El hierro debe su mayor utilidad al hecho de que se alea libremente con otros elementos, y sus propiedades inherentes se alteran y mejoran notablemente para diferentes condiciones de servicio.
Los principios químicos fundamentales en la extracción de hierro de los minerales son muy simples.
El calentamiento de los minerales en presencia de un agente reductor dará como resultado la formación de CO o CO2, librado como un gas y hierro metálico.
| Símbolo de hierro | Fe |
| Número atómico de hierro | 26 |
| Masa atómica de hierro | 55,85 g.mol -1 |
| Descubierto por | Los antiguos |
¿De dónde viene el hierro?
Los minerales de hierro de donde se extrae este metal se clasifican según el mineral de hierro que predomina.
El contenido de hierro de los minerales principales es el siguiente:
| Magnetita (Fe3O4) | 70–75% |
| Hematita (Fe2O3) | 70% |
| Limonita (2Fe3O3.3H2O) es hematita hidratada | 60% |
| Pirita de hierro (FeS3) | 47% |
| Siderita (FeCO3) | 40% |
Propiedades y características del hierro
Antes de profundizar en la historia y los usos modernos del hierro, repasemos los conceptos básicos:
- Símbolo atómico: Fe
- Número atómico: 26
- Categoría de elemento: metal de transición
- Densidad: 7.874g / cm 3
- Punto de fusión: 2800 ° F (1538 ° C)
- Punto de ebullición: 5182 ° F (2862 ° C)
- La dureza de Moh: 4
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 ocurre 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 magnético.
Expuesto a un fuerte campo magnético, cualquier pieza de hierro puede magnetizarse. Los científicos creen que el núcleo de la Tierra está formado por aproximadamente 90% de hierro.
La fuerza magnética producida por este hierro es lo que crea los polos magnéticos norte y sur.
1. Propiedades físicas del hierro
El hierro es un metal de coloración plateado oscuro que se encuentra mayormente en estado sólido. Es de relativa dureza valorada en la escala de Mohs igual a 4 y su densidad es de 7874 kg/m3. Su punto de fusión se encuentra en 1535 °C y su punto de ebullición está en 2750 °C.
| Propiedades físicas | Descripción |
|---|---|
| Color | Metal gris plateado |
| Maleabilidad | Capaz de ser moldeado o doblado |
| Ductilidad | Se tira o estira fácilmente en un alambre delgado |
| Lustre | Tiene un brillo o resplandor |
| Conductividad | Buena transmisión de calor o electricidad. |
| Alotropía | Ocurre en dos o más formas cristalinas en el mismo estado físico. |
| De tensión | Se puede estirar sin romperse. |
| Ferromagnético | Magnetizado fácilmente |
2. Propiedades químicas del hierro
A nivel atómico generalmente se compone por 26 electrones y protones, además de 30 neutrones.
Al interactuar con el aire, este metal tiende a generar una película superficial de óxido, lo que lo hace muy proclive a la corrosión.
| Propiedades químicas | Descripción |
|---|---|
| Grupo | 8 |
| Período | 4 |
| Cuadra | D |
| Número atómico | 26 |
| Estado a 20 ° C | Sólido |
| Configuración electronica | [Ar] 3d 6 4s 2 |
| Punto de fusion | 1536 ° C |
| Punto de ebullición | 2861 ° C |
| Densidad (g cm −3 ) | 7,8 g.cm-3 a 20 ° C |
| Masa atómica relativa | 55.845 |
| Isótopos clave | 56 Fe |
| número CAS | 7439-89-6 |
3. De dónde proviene y como se extrae
El procesamiento de este metal se encuentra en poder de China, Brasil, Australia, India, Japón y Rusia, quienes tienen el control del 70% de la producción a nivel mundial.
El hierro no se encuentra en estado natural, pues suele estar recubierto de óxido y otros minerales.
Para extraer el hierro de la mina se usa una carga de explosivos, para luego ser llevado a la plantas de procesamiento para iniciar su refinación.
Allí el mineral es sometido a varios procesos de limpieza y clasificación con la finalidad de proveerlo de la más alta pureza.
El producto final es una sustancia con alto porcentaje de hierro pero con ciertas impurezas que deben ser eliminadas con otros procesos basados en calor a altas temperaturas y gases para la obtención de hierro, acero y otros productos ferrosos.
4. En qué lugares del planeta abunda
El hierro es el segundo metal más abundante en la corteza terrestre con un 5% del total de su estructura. Pero a nivel planetario, es el más abundante, ya que se encuentra en el 70% del núcleo terrestre.
Además puede encontrarse en el espacio en los meteoritos, estrellas masivas y supernovas.
5. Funciones en el cuerpo humano
El hierro es altamente necesario en el organismo, pues es utilizado en la oxigenación de los tejidos y a nivel celular.
Es importante el consumo de hierro en la dieta diaria, pues se debe consumir una cantidad aproximada de 10 y 30 mg. por día.
Los alimentos que contienen esta proteína son carnes rojas, pollo, huevos, pescado entre otros.
Sin embargo, también es conocido que el exceso de hierro puede ser nocivo para la salud.
El alojamiento excesivo del hierro en el organismo genera siderosis. Además, existen estudios que comprueban que las labores asociadas a la fundición de hierro y acero pueden causar cáncer.
6. Beneficios en la tecnología del hierro
El hierro y la tecnología van completamente de la mano, su uso siempre estará asociado de una a otra manera a procesos dónde se requieran elementos metálicos de gran dureza y resistencia.
En tal sentido, este metal siempre ha acompañado al hombre en su andar por la vida y de seguro se mantendrá siendo parte de proceso tecnológicos que contribuyan con la humanidad.
7. Beneficios en la sociedad del metal
Su importancia para toda la humanidad, queda demostrada en su intervención en la historia universal en la época conocida como la Edad de Hierro.
En tal sentido, el hombre desde esa época no ha dejado de utilizar este metal, más bien ha diversificado su uso integrándolo de una manera tan universal que es difícil imaginar la vida humana sin el uso del hierro y sus derivados.
8. Propiedades mecánicas del hierro
El hierro posee una elevada tenacidad, ductilidad y maleabilidad y al ser combinado con carbono se incrementa su dureza y resistencia.
Por otro lado, es un metal ferromagnético y tiene una baja conductividad eléctrica y térmica.
Es muy propenso a la oxidación pero al ser combinado con carbono y cromo se convierte en acero inoxidable.
9. El hierro en la producción de acero
El principal uso del este metal es para la producción de acero, que es prácticamente hierro con un porcentaje de carbono.
El acero inoxidable es generado con la hierro combinación con carbono y cromo a un 12%, mientas que el hierro fundido es una aleación compuesta por hierro, carbono y silicio a un 1 %, además de una mínima porción de manganeso, fósforo y azufre.
El hierro dulce que puede ser forjado y martillado para tomar la forma deseada es hierro con menos carbono que el acero.
10. Sulfato de hierro
El sulfato de hierro es frecuentemente usado en el campo de la medicina en el tratamiento contra la anemia, además algunos alimentos denominados snack son enriquecidos con este compuesto químico.
También es utilizado para purificar el agua.
11. Industria de la construcción
Sin duda alguna, el hierro es el metal de mayor producción a nivel mundial, principalmente es muy utilizado como material para la industria de la construcción debido a su alta resistencia y dureza y por sus costos de producción que son relativamente bajos.
12. El hierro como nutriente
El hierro es un elemento esencial para todas las formas de vida y no es tóxico. El humano promedio contiene alrededor de 4 gramos de hierro. Mucho de esto está en la hemoglobina, en la sangre. La hemoglobina transporta oxígeno desde nuestros pulmones a las células, donde se necesita para la respiración del tejido.
Los humanos necesitan de 10 a 18 miligramos de hierro por día. La falta de hierro hará que se desarrolle anemia. Los alimentos como el hígado, los riñones, la melaza, la levadura de cerveza, el cacao y el regaliz contienen mucho hierro.
Abundancia natural
El hierro es el cuarto elemento más abundante, en masa, en la corteza terrestre. Se cree que el núcleo de la Tierra está compuesto en gran parte de hierro con níquel y azufre.
El mineral que contiene hierro más común es la hematita, pero el hierro se encuentra ampliamente distribuido en otros minerales como la magnetita y la taconita.
Comercialmente, el hierro se produce en un alto horno calentando hematita o magnetita con coque (carbono) y piedra caliza (carbonato de calcio). Esto forma arrabio, que contiene aproximadamente 3% de carbono y otras impurezas, pero se usa para fabricar acero. Alrededor de 1.300 millones de toneladas de acero bruto se producen en todo el mundo cada año.
Aplicaciones del hierro
- El hierro es un enigma: se oxida fácilmente, pero es el más importante de todos los metales. El 90% de todo el metal que se refina hoy en día es hierro.
- La mayoría se utiliza para fabricar acero, en ingeniería civil (hormigón armado, vigas, etc.) y en la fabricación.
- Hay muchos tipos diferentes de acero con diferentes propiedades y usos. El acero al carbono ordinario es una aleación de hierro con carbono (desde 0.1% para acero al carbono hasta 2% para aceros con alto contenido de carbono), con pequeñas cantidades de otros elementos.
- Los aceros aleados son aceros al carbono con otros aditivos como níquel, cromo, vanadio, tungsteno y manganeso. Estos son más fuertes y resistentes que los aceros al carbono y tienen una gran variedad de aplicaciones, incluidos puentes, torres de alta tensión, cadenas para bicicletas, herramientas de corte y cañones de fusil.
- El acero inoxidable es muy resistente a la corrosión. Contiene al menos 10.5% de cromo. Se añaden otros metales como níquel, molibdeno, titanio y cobre para mejorar su resistencia y trabajabilidad. Se utiliza en arquitectura, rodamientos, cubiertos, instrumentos quirúrgicos y joyería.
- El hierro fundido contiene 3–5% de carbono. Se utiliza para tuberías, válvulas y bombas. No es tan resistente como el acero, pero es más barato. Los imanes pueden estar hechos de hierro y sus aleaciones y compuestos.
- Los catalizadores de hierro se utilizan en el proceso de Haber para producir amoníaco, y en el proceso de Fischer-Tropsch para convertir el gas de síntesis (hidrógeno y monóxido de carbono) en combustibles líquidos.
Otros beneficios
Los compuestos del hierro tienen usos diferentes como el óxido férrico que es empleado para elaborar tintes de color rojo y para el proceso de pulido.
Mientras que el cloruro de hierro suele ser empleado como una disolución alcohólica para el coloreado de telas, además para el tratamiento de aguas residuales.
Soy ingeniero geólogo con experiencia y conocimiento en el área de exploración minera, hidrocarburos, evaluación de depósitos minerales metálicos y no metálicos, exploración de piedras preciosas y de metales preciosos, procesamiento de datos geológicos en software especializado y métodos de explotación de recursos naturales.
Además, tengo conocimiento en geología aplicada a la ingeniería geológica, donde se incluye el estudio de suelos, rocas y agua para la construcción de obras de ingeniería civil.
Me sirvio mucho su información. ¿Cómo puedo citarlos?