Este documento proporciona información sobre la industria química y la industria del hierro. Explica que la industria química involucra una serie de procesos parciales como la preparación de materias primas, reacciones y acondicionamiento de productos finales. Luego, describe los principales minerales de hierro como la magnetita y la hematita, y explica el proceso de obtención de hierro en un alto horno usando carbón coque y caliza. Finalmente, menciona algunas aplicaciones comunes del hierro y el

1. QUÍMICA MENCIÓN
QM-36
INDUSTRIA QUÍMICA
2013

2. LA INDUSTRIA QUÍMICA
La industria química es un referente de los tiempos modernos, si bien en la antigüedad se
conocían ya algunos elementos, sobre todo el oro, plata, hierro, cobre, plomo, estaño y mercurio
y con ayuda de reacciones químicas se obtenían algunas combinaciones, los últimos 200 años han
dado lugar a impresionantes resultados y nuevos conocimientos que han preparado el terreno al
desarrollo de la industria química.
La fabricación de un producto químico requiere en general, la realización de una serie de procesos
parciales, más o menos independientes, de los que la “preparación” y “purificación de las materias
primas” la “reacción” propiamente dicha y el “acondicionamiento de los productos finales” se
presentan en la fabricación de casi todos los productos.
Cada uno de estos procesos parciales se puede subdividir a su vez en fases de trabajo de las que,
por ejemplo, la trituración, la desecación, el tamizado y otros, son procesos físicos, mientras, la
tostación y la reducción, se cuentan entre los procesos químicos. Ambos tipos de procesos son
igualmente importantes y su coordinación garantiza el curso deseado del proceso total.
LA INDUSTRIA DEL HIERRO
El hierro es probablemente el elemento más abundante de nuestra tierra. Ciertamente, el
contenido de hierro en la corteza terrestre (16 km) es solamente de 4,7%, pero se acepta que el
núcleo de la Tierra consta fundamentalmente de hierro, porque también otros astros contienen
mucho hierro (se han encontrado meteoritos con un contenido en hierro superior al 90%).
En la naturaleza el hierro se presenta raras veces en estado nativo (sólo en los meteoritos) debido
a su carácter no noble. Cuando el contenido en hierro es superior a 20%, se habla de minerales
de hierro.
MAGNETITA
PIRITA
Las impurezas (ganga), pueden ser muy diferentes y su conocimiento es importante para los
tratamientos a los que debe ser sometido el mineral. Cuando los minerales contienen mucha sílice
(SiO2) se les denomina ácidos, y si contienen mucha cal (CaO) minerales básicos.
MINERALES IMPORTANTES DE HIERRO
Nombre de
mineral
Magnetita
Ematita
Hierro de
Praderas
Espato de
Hierro o
Siderita
Pirita
Contenido
50 – 70%
35 – 60%
25 – 50%
30 – 40%
45%
Combinaciones
de Hierro
Fe3O4
Fe2O3
Fe2O3 · n H2O
FeCO3
FeS2
Color y Brillo
Brillante
Negro
Rojo Mate o
brillante
Pardo mate
Marrón
Cristalino
Amarillo
brillante
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3. TIPOS DE HIERRO
Propiedades Químicas del Hierro
OXIDACIÓN DE HIERRO:
3 Fe + 2 O2
Fe2O3 + FeO (óxido férrico y óxido ferroso)
REACCIÓN CON VAPOR DE AGUA
3Fe + 4 H2O
Fe3O4 + 4 H2
(Formación de Hidrógeno gaseoso)
OXIDACIÓN A TEMPERATURA AMBIENTE
4 Fe + 3 O2 + 6 H2O
4 Fe (OH)3
REACCIÓN CON ÁCIDO CLOHÍDRICO
Fe + 2 HCl
FeCl2 + H2
REACCIÓN CON ÁCIDO SULFÚRICO
Fe + H2SO4
FeSO4 + H2
OBTENCIÓN INDUSTRIAL DE HIERRO
Método de Horno Alto
La Hematita y la Magnetita son las principales materias primas minerales que se utilizan en la
metalurgia del Hierro. La separación se lleva a cabo mediante reducción del metal en contacto con
carbón coque en un alto horno. El coque es obtenido de la destilación no combustionada del
carbón mineral, procedimiento mediante el cual se extraen sus compuestos volátiles.
El proceso pirometalúrgico se lleva a cabo introduciendo en la parte alta del horno el carbón y el
mineral en forma de pellets. Adicionalmente se agrega piedra caliza y sílice. En la parte inferior
del horno se insufla oxígeno que reacciona con el carbón y forma gases de carbono (CO y CO 2), la
reacción ocurre aproximadamente a 1800ºC.
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4. El monóxido de carbono (CO) producido toma contacto con el mineral y la caliza y provoca su
reducción.
Las reacciones se ilustran a continuación:
1. Formación de monóxido de carbono a
partir de coque:
CO2 + C
2 CO
2. Reducción de óxidos de hierro con
monóxido de carbono
Fe2O3 + 3 CO
2 Fe + 3 CO2
A temperaturas entre 400 – 500ºC cesa la
acción reductora del CO y actúa solo como
transportador de calor, hasta que sale del
horno por una tubería.
El carbón coque se reutiliza en el horno
para la producción de acero.
Por fusión y soplado de aire y en presencia de caliza y coque como combustible se obtiene una
fundición con pocas impurezas. El contenido en hierro llega al 95% y el punto de fusión aumenta
a unos 1200ºC. El contenido en carbono es de 3-4%. Este material no se ablanda al calentarlo,
sino que al fundir lo hace de una vez. El punto de fusión depende del contenido en carbono; con
3% de C, el hierro funde a 1280 ºC, con 4% a 1180 ºC.
Diagrama de obtención de Hierro
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5. ACERO
APLICACIONES Y USOS DEL HIERRO Y ACERO
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6. EL LITIO
EXTRACCIÓN
Las salmueras son extraídas gracias a pozos de bombeo en el salar de Atacama, éstas se
encuentran en diversos bolsones de líquido bajo la superficie del salar. Una vez que se extrae,
mediante un sistema de sondaje las salmueras son depositadas en pozos de evaporación donde se
separa el Cloruro de Litio contenido y se mezcla con Carbonato de sodio (Na 2CO3) y cal
generándose en la reacción carbonato de Litio (Li 2CO3) y cloruro de sodio (NaCl). En pasos
posteriores la mezcla de sales se separa, filtra y seca.
SEPARACIÓN Y OBTENCIÓN EN DETALLE
Parte de la salmuera líquida, luego de una serie de evaporaciones, es recuperada en forma de
solución concentrada. Estas soluciones son transportadas y procesadas para la obtención de
Carbonato de Litio y de Ácido Bórico. Otra parte de las salmueras ya concentradas son
reinyectadas a los depósitos subterráneos del salar.
Las sales depositadas en las posas de evaporación son debidamente cosechadas y transportadas
para ser procesadas. Mediante procesos de molienda, flotación, secado y compactado se obtienen
los siguientes productos: Cloruro de Potasio y Sulfato de Potasio.
Esquema de proceso salar de Atacama (Fuente: Soquimich)
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7. Para la obtención de Litio las salmueras del Salar son concentradas y posteriormente procesadas
para ser convertidas en carbonato de litio, usando tecnología de punta para la extracción y
conversión. Además de carbonato se comercializa hidróxido de litio y del cloruro de litio.
Obtención de Carbonato, Cloruro e Hidróxido de Litio (Fuente:Soquimich)
Principales Usos
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8. INDUSTRIA DEL PAPEL
La celulosa es una sustancia blanca, que se presenta en forma de fibras y es el constituyente
universal de la pared celular de los vegetales. Se emplea en la fabricación del papel, siendo la
madera su fuente principal. El 90% de la producción mundial de papel proviene de la celulosa.
Nuestro país ha sido un importante productor de papeles y sus derivados, debido a la gran
cantidad de bosques y áreas de explotación forestal. Chile es uno de los países con más alto
porcentaje de parques y reservas respecto de su superficie y número de habitantes. Gracias al
proceso de fotosíntesis, los árboles de nuestro país absorben 43 millones de toneladas de dióxido
de carbono y retornan a la atmósfera 32 millones de toneladas de oxígeno. Los recursos
provenientes de los bosques, que contribuyen al bienestar humano son numerosos como por
ejemplo: Maderas (pulpa y celulosa); Savias (caucho, gomas y resinas); Cortezas (corcho y
especias); Hojas (alimento, té, y principios químicos activos) y Semillas (alimento).
La industria del papel consume enormes cantidades de madera cada año.
Para fabricar una tonelada de papel se requiere cortar 17 árboles y en el
proceso se generan 30 kilogramos de contaminantes atmosféricos.
DIAGRAMA DE FLUJO PARA OBTENCIÓN DE PAPEL
Hoy en día, en las papeleras se filtra el agua de suspensión de las fibras (pasta) sobre un rodillo
generándose una lámina húmeda. Luego, en la sección de prensado, la lámina húmeda se
comprime pues pasa a través de rodillos y cintas rotatorias.
En la etapa siguiente la lámina comprimida se seca con vapor a alta temperatura. En la etapa de
encolado, se adiciona cola, almidón y otros pigmentos al material laminado con el propósito de
aumentar su resistencia. Un segundo secado y finalmente un calandrado completan el proceso. En
la etapa de embobinado se obtienen rollos superiores a los 10 metros de ancho.
El papel es biodegradable, su periodo de descomposición varía entre 3 semanas y 2 meses. Se
puede fabricar nuevo a partir de celulosa o bien puede reciclarse, según sea el caso los procesos
son algo diferentes.
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9. Fabricación a Partir de Madera
consta de 4 pasos básicos:
Descortezado
Formación de la pasta
Blanqueo de la pasta
Laminación
Fabricación con Papel Reciclado
Para fabricar papel con reciclados, obviamente se deben agregar pasos antes de formar la pasta,
estos tienen por objetivo principal eliminar la tinta, estos son destintado, filtración y lavado.
Pulper, utilizado para
formar la pasta
Rodillo de presión, elimina el agua,
el rodillo puede imprimir marcas en el papel
Algunos Tipos de papel
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10. INDUSTRIA DEL VIDRIO
El vidrio es un sólido amorfo, que carece de ordenaciones moleculares definidas, e incluso se le
considera un líquido sobre enfriado. Se trata de un sólido, pero sus moléculas están
desordenadas, como en un líquido, manteniendo la cohesión necesaria que le proporciona rigidez
mecánica. El vidrio, por lo general, no tiene un punto de fusión definido y al ser calentado pasa
progresivamente por etapas de ablandamiento en un amplio rango de temperatura.
Compuesto
% aproximado
SiO2
68,0% a 74,5%
Al2O3
0% a 4,0%
Fe2O3
0% a 0,45%
CaO
9% a 14%
MgO
0% a 4,0%
Na2O
10% a 16%
K2O
0% a 4,0%
SO3
0% a 0,3%
La fabricación de vidrio y de productos de vidrio consta fundamentalmente de tres etapas:
Obtención de Vidrio
Preparación de
Materias Primas
Fundido
Formado del
vidrio
Inspección y
ensayo
Recocido
Reciclado
Molienda de
scrap
Almacenado y
transporte
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Empaquetado

11. MATERIA PRIMA
En general las materias primas utilizadas en la elaboración de los distintos tipos de vidrios se
pueden dividir en tres categorías: Principales, Refinantes y Colorantes.
a) Principales: Las materias primas principales son las que se utilizan en mayor porcentaje en la
producción del vidrio, y la cantidad que se emplee de cada una de ellas depende en general del
tipo de vidrio a producir.
b) Refinantes: Los reinantes son productos químicos que se añaden en menor cantidad con la
finalidad de eliminar las burbujas contenidas en el vidrio fundido, mejorando así su calidad.
c) Colorantes: Son sustancias empleadas para dar coloración al vidrio, o para volverlo incoloro
anulando la tonalidad verde, que le es natural.
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12. INDUSTRIA DEL CEMENTO
La caliza, cuyo componente fundamental es el CaCO3, y en menor proporción MgCO3, es la
materia prima de la que se obtienen diferentes compuestos de calcio necesarios en la industria
química. Además es utilizada para obtener la cal hidráulica y el cemento Portland, utilizado en la
construcción.
El cemento Portland es obtenido, calentando una mezcla pulverulenta de caliza y arcilla en
proporción adecuada, a altas temperaturas, aprox. 1.500 °C, enfriando y moliendo el producto
resultante. Las arcillas son una serie de minerales formados por polímeros de sílice (SiO 2)
hidratada y alúmina (Al2O3) hidratada, su principal uso es en la fabricación de cerámicas (ladrillos,
tejas, loza, porcelana, refractarios, etc.).
Polpaico posee una capacidad instalada de 2,7 millones de toneladas anuales de cemento,
distribuida en tres plantas ubicadas en el país, en el norte (Planta Mejillones con 300 mil
toneladas), centro (Planta Cerro Blanco con 1,6 millones de toneladas) y sur (Planta Coronel con
800 mil toneladas).
OBTENCIÓN
Fabricación de cemento
El proceso de fabricación del cemento consta de cuatro etapas principales
1. Extracción y molienda de la materia prima
Comienza en las minas de piedra caliza donde extraen diferenciadamente la superficial, que
contiene caliza y óxidos de aluminios y de hierro, y la más profunda, rica en caliza más pura
(CaCO3). Ambos tipos de rocas se trituran por separado hasta un diámetro de entre 5 a 7 cm,
luego se mezclan en proporciones definidas de acuerdo al cemento que se quiera fabricar, esta
es la mezcla pura. Dependiendo del tipo de roca natural utilizada a veces se agrega a esta
mezcla silice, hierro y a veces óxido de aluminio para mejorar su calidad.
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13. 2. Homogeneización de la materia prima
Una vez que la mezcla está lista se introduce en un molino de rodillos para transformar la
mezcla en un polvo fino llamado mezcla cruda. Para unir los minerales se introduce la mezcla
cruda en un horno precalentador donde se calienta hasta 800 °C que sirve para eliminar CO 2,
dejando libre la cal (CaO).
3. Producción del Clinker
El polvo pasa a un horno giratorio donde alcanza los 1500 °C y se funde formando pequeñas
bolitas denominadas Clinker. Al salir del horno el clinker es enfriado rápidamente para
asegurar su alta calidad.
Horno Rotatorio
Clinker
4. Molienda de cemento.
El último paso en la fabricación del cemento consiste en moler el clinker en un molino de bolas
y en este momento se le añade yeso para retardar su fraguado (endurecimiento) al momento
de ser usado.
Molino de bolas
Vista interna
Existen dos tipos básicos de cemento:
Arcilloso:
Puzolánico:
Fabricado a partir de piedra caliza y arcilla en proporción de 4:1.
Mezclado con ceniza volcánica.
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14. CEMENTO PORTLAND
El cemento más utilizado se denomina Portland, usado principalmente para la fabricación de
hormigón (concreto).
El clinker Portland está formado principalmente por 4 componentes:
40-60%
20-30%
7-14%
5-12%
Silicato tricálcico,
Silicato dicálcico,
Aluminato tricálcico,
Ferritoaluminato tetracálcico.
Cada tipo de cemento contiene los mismos 4 compuestos principales, pero en diferentes
proporciones.
El aluminato tricálcico reacciona inmediatamente con el agua por lo que al hacer cemento, éste
fragua al instante. Para evitarlo se añade yeso, que reacciona con el aluminato produciendo
estringita o Sal de Candlot, sustancia que en exceso es dañina para el cemento. Generalmente su
tiempo de curado se establece en 28 días, aunque su resistencia sigue aumentando tras ese
periodo. Como aglomerante el clinker portland es un aglomerante hidráulico, por lo tanto, necesita
de agua para fraguar, el agua de amasado no se evapora sino que pasa a ser parte de él una vez
endurecido y es capaz de endurecer aún inmerso en agua.
Con el agregado de materiales particulares al cemento (calcáreo o cal) se obtiene el cemento
plástico, que fragua más rápidamente y es más fácilmente trabajable. Este material es usado en
particular para el revestimiento externo de edificios.
CEMENTOS ESPECIALES
Los cementos portland especiales son los cementos que se obtienen de la misma forma que el
portland, pero que tienen características diferentes a causa de variaciones en el porcentaje de los
componentes que lo forman.
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15. MEZCLAS DE CEMENTOS
INDUSTRIA DEL SALITRE
El mineral de donde se extrae el salitre se denomina caliche y se compone fundamentalmente de
una mezcla de Nitratos (NaNO3 y KNO3) y Yodatos (de Calcio principalmente).
El proceso de extracción y refinado se denomina Guggenheim y consiste en lixiviar el mineral
molido con soluciones acuosas diluidas de nitratos obtenidas en el mismo proceso (aguas
madres).
Una vez lixiviado en estanques, el material se deja cristalizar exactamente a 4ºC usando
intercambiadores de calor. Se consigue entonces un producto (nitrato) que inmediatamente pasa
a granulación liberándose las aguas madres para reinsertarlas en la etapa anterior.
Producción de nitratos a partir de caliche
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16. Los nitratos obtenidos son usados fundamentalmente en la industria agrícola como fertilizante. En
el mismo proceso se extrae el yodo y se comercializa (KI, AgI, NaI, I2O5 y HI).
Los fertilizantes provocan una mejora en la calidad del suelo pues suplantan algunos minerales
que no están en suficiente cantidad. Los nitratos más corrientes usados como fertilizante de suelo
son los de Sodio, Potasio, Calcio, Amonio.
Otros usos:
Fabricación de explosivos.
Producción de vidrio.
Cerámicas.
DMTR-QM36
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