La Química de los Materiales Esenciales: Producción Industrial de Acero, Azufre y Cemento

Hierro: Extracción y Fabricación de Acero

Alrededor del 5% de la corteza terrestre está compuesto por hierro. Sin embargo, casi siempre se encuentra combinado con no metales como el oxígeno, el azufre y el silicio, formando minerales de hierro como la hematita.

Preparación Industrial del Hierro

A escala industrial, el hierro se prepara en un alto horno por reducción química. Las materias primas son el carbón de coque y la piedra caliza, que se cargan en la parte superior del horno. Por la parte inferior del horno se inyecta aire caliente para facilitar las reacciones químicas.

Reacciones Principales en el Alto Horno

• Formación de gases reductores.
• Reducción de los óxidos de hierro.
• Formación de escorias.

Uso Principal: La Fabricación de Acero

El principal uso del hierro es la fabricación del acero. Si el hierro contiene entre 0,2% y 1,5% de carbono, el metal resultante, el acero, posee mayor dureza y resistencia. Una aplicación clave de esta aleación es la fabricación de acero inoxidable, una aleación que, además de hierro y carbono, contiene níquel y cromo.

Azufre: Propiedades, Extracción y Aplicaciones

El azufre se encuentra ampliamente distribuido en la corteza terrestre en estado nativo, donde se halla en depósitos de origen volcánico, y formando diversos minerales como los sulfuros metálicos y los sulfatos (como el yeso).

Usos Históricos y Propiedades

Mezclado con salitre y carbón, el azufre era empleado por los chinos en la época antigua para la fabricación de pólvora, como agente blanqueador de tejidos y como pigmento para pinturas.

En su estado nativo, el azufre tiene la propiedad conocida como alotropía, es decir, se presenta en diferentes formas según su estructura externa:

• Azufre rómbico.
• Azufre monoclínico.

En ambas formas, los átomos de azufre están dispuestos en anillos de ocho.

Métodos de Preparación del Azufre

Para la preparación del azufre se tiene en cuenta su ubicación (yacimientos). Si el depósito se encuentra en la superficie, el azufre es separado a través del método Calcaroni; si es subterráneo, se usa el método de Frasch.

En general, estos métodos de fabricación del azufre consisten en calentar el mineral, con lo cual se obtiene el azufre de una pureza aceptable. Este se puede refinar por destilación.

Aplicaciones Modernas del Azufre

El azufre es utilizado en la fabricación de:

• Ácido sulfúrico, sulfatos y dióxido de azufre.
• Sulfamidas y cremas (en medicina).
• Fósforos, cauchos vulcanizados, tintes y pólvora.

Ácido Sulfúrico: Producción y Usos Industriales

Este producto químico se usa mayoritariamente en el mundo, ya que es el ácido inorgánico de menor costo de producción.

Usos Principales

Fertilizantes

Esencial para la producción de fosfatos y sulfatos.

Refinación del Petróleo

Utilizado en diversos procesos de purificación.

Metalurgia

Aplicado en la extracción y tratamiento de cobre, hierro y magnesio.

Pigmentos

Necesario en la fabricación de diversos colorantes.

El Método de Contacto

El proceso principal de fabricación es llamado Método de Contacto, que consiste en obtener anhídrido sulfuroso al quemar minerales que contienen azufre. Luego, el anhídrido sulfuroso se convierte a anhídrido sulfúrico en presencia de un catalizador. Finalmente, el anhídrido sulfúrico se pone en contacto con el agua para obtener H₂SO₄.

La formación de este ácido es un proceso exotérmico, energía que es aprovechada por las plantas de fabricación para producir electricidad. En las fundiciones de cobre, el ácido sulfuroso producido se recoge y se transforma en H₂SO₄, lo que constituye un método de reutilización de desechos productivos.

Cemento: Proceso de Fabricación

El cemento se fabrica combinando cantidades determinadas de caliza con arcilla, cuyos componentes principales son: sílice, óxido de hierro y aluminio. Las rocas son pulverizadas para que los minerales se mezclen bien. Luego, la mezcla se introduce en un horno, produciendo un polvo fino llamado clínker que, una vez secado, se mezcla con yeso para obtener cemento. Los procesos clave son la calcinación y la deshidratación.

Litio: Fuentes de Obtención

El litio se obtiene de dos fuentes principales: yacimientos en vetas y salmueras naturales.