Hierro y Aceros

El metal más abundante del planeta tierra es el hierro (Fe), pero casi todo se concentra en el núcleo y en la corteza solo ocupa el segundo lugar con un 5,2%, siendo el aluminio el de mayor concentración con un 8,2%. El hierro es también el metal más abundante en el universo, constituyendo un 0,11% de toda la materia en este.
Los minerales de hierro más comunes son los óxidos, como hematita (Fe2O3) y magnetita (Fe3O4), hidróxidos como la limonita (FeO(OH) x nH2O) y carbonato como la siderita (FeCO3), también el sulfuro FeS2, conocido como pirita (presente principalmente en las menas de sulfuros de cobre, junto a los sulfuros de este mineral, como calcopirita, calcosina, covelina, bornita y otros).
De éstos, los más importantes para la producción de aceros son la hematita y magnetita, cuyos concentrados son obtenidos mediante diversos métodos de concentración, tales como gravitacional, magnética y flotación.
Estos óxidos de hierro son reducidos a su forma metálica en el proceso de Altos Hornos que utiliza carbón coque como elemento energético y piedra caliza como fundente, obteniéndose como producto el arrabio a temperatura cercana a los 1500°C. El arrabio líquido a esa temperatura está compuesto por hierro metálico y se encuentra saturado en carbono (4.5%) y contiene impurezas como fósforo y azufre, por lo que debe ser sometido a un proceso posterior de refinación en la Acería, donde mediante oxidación controlada se ajusta el contenido de carbono al rango deseado y se eliminan las impurezas, a la vez que se incorporan los elementos de aleación requeridos por el tipo de acero a fabricar y se regula el nivel de oxidación residual.
La escoria de altos hornos se utiliza para la fabricación de cemento, en tanto que la de acería que contiene las impurezas del proceso, se puede aprovechar como material de construcción o estabilizado de caminos.
Si bien una parte del mineral de hierro de alta ley se comercializa a la forma de granza (1/4” x 1.5”) o finos para plantas de Sinter (-10 mm), muchos requieren de un mayor grado de liberación y como producto de su concentración se obtienen tamaños muy finos (30 a 40 micrones), los que deben ser aglomerados en forma de pellets de dimensiones de 9 a 16 mm, de tal forma que su alimentación a los altos hornos no genere pérdidas por los gases y se logre un adecuado intercambio de calor y reacción química.
Los elementos presentes en el acero y las propiedades que le confieren son:
Carbono: aumenta la resistencia, dureza y templabilidad del acero, pero reduce la ductilidad y soldabilidad.
Aluminio: se utiliza como afinador de grano y también como desoxidante en el proceso de producción.
Azufre: se considera una impureza en el acero, al igual que el fósforo, pero a veces se añade para aumentar la maquinabilidad del acero.
Cromo: aumenta la penetración de temple y la resistencia a la corrosión.
Cobre: aumenta la resistencia a la corrosión, pero como impureza causa fragilidad en caliente.
Manganeso: opera como desoxidante y neutraliza el azufre, facilitando la laminación y moldeo. Al igual que el carbono, aumenta la resistencia y la dureza, pero en un menor grado.
Silicio: antioxidante y endurecedor.
Níquel: mejora el resultado del tratamiento térmico y junto con el cromo, previene el desgaste.
Molibdeno: mejora el resultado del tratamiento térmico, aumenta la dureza y resistencia a la temperatura.
El grupo chileno CAP es el principal productor de minerales de hierro y pellets en la costa americana del Pacífico, el mayor productor siderúrgico en Chile y el más importante procesador de acero en el país.
Para lo anterior, cuenta con las minas: Los Colorados, El Algarrobo, El Romeral, Cerro Negro Norte, en todas las cuales el mineral base es la magnetita e Isla Guarello, la que aporta la caliza. Cuenta también con las plantas procesadoras: Planta de Pellets y Planta de Magnetita y con la producción de acero, mediante la Compañía Siderúrgica Huachipato S.A.
Un caso interesante de destacar es La Planta de Magnetita en la cual el concentrado no se obtiene directamente de un mineral de mina, sino que como un subproducto a través del procesamiento de los relaves provenientes de la minera de cobre Minera Candelaria.
Finalmente, cabe mencionar que el hierro es el metal más usado en la industria, constituye el 95% de la producción mundial de metal.

Patricio Rodríguez H. Ingeniero Civil Metalúrgico

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