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El hierro de reducción directa ( DRI ), también llamado hierro esponja , [ 1 ] se produce mediante la reducción directa del mineral de hierro (en forma de terrones, pellets o finos) a hierro con un gas reductor que contiene carbono elemental (producido a partir de gas natural o carbón ) o hidrógeno . Cuando se utiliza hidrógeno como gas reductor, no se produce dióxido de carbono . Muchos minerales son aptos para la reducción directa.
La reducción directa se refiere a procesos en estado sólido que reducen los óxidos de hierro a hierro metálico a temperaturas inferiores al punto de fusión del hierro. El hierro reducido debe su nombre a estos procesos; un ejemplo es calentar mineral de hierro en un horno a una temperatura elevada de 800 a 1200 °C (1470 a 2190 °F) en presencia de gas de síntesis (una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono ) o hidrógeno puro. [ 2 ]
Proceso
Los procesos de reducción directa se pueden dividir a grandes rasgos en dos categorías: basados en gas y basados en carbón. En ambos casos, el objetivo del proceso es eliminar el oxígeno contenido en diversas formas de mineral de hierro (mineral clasificado, concentrados, pellets, cascarilla de laminación, polvo de horno, etc.) para convertir el mineral en hierro metálico, sin fundirlo (por debajo de 1200 °C (2190 °F) ).
El proceso de reducción directa es relativamente eficiente en términos energéticos. El acero producido con DRI requiere mucho menos combustible, ya que no se necesita un alto horno tradicional. El DRI se suele transformar en acero mediante hornos de arco eléctrico para aprovechar el calor que produce. [ 3 ]
Beneficios
Los procesos de reducción directa se desarrollaron para superar las dificultades de los altos hornos convencionales . Las plantas de reducción directa no necesitan formar parte de una planta siderúrgica integrada, como ocurre con los altos hornos. La inversión inicial y los costos operativos de las plantas de reducción directa son menores que los de las plantas siderúrgicas integradas, y resultan más adecuadas para países en desarrollo donde el suministro de carbón coquizable de alta calidad es limitado, pero donde la chatarra de acero suele estar disponible para su reciclaje. Muchos otros países utilizan variantes de este proceso.
Factores que contribuyen a que el DRI sea económico:
- El hierro de reducción directa tiene aproximadamente el mismo contenido de hierro que el arrabio , típicamente entre un 90 y un 94 % de hierro total (dependiendo de la calidad del mineral en bruto), por lo que es una excelente materia prima para los hornos eléctricos utilizados por las miniacerías , lo que les permite utilizar chatarra de menor calidad para el resto de la carga o producir aceros de mayor calidad.
- El hierro briquetado en caliente (HBI, por sus siglas en inglés) es una forma compactada de hierro de reducción directa (DRI, por sus siglas en inglés) diseñada para facilitar su envío, manipulación y almacenamiento.
- El hierro de reducción directa en caliente (HDRI, por sus siglas en inglés) es hierro de reducción directa (DRI, por sus siglas en inglés) que se transporta caliente, directamente desde el horno de reducción, a un horno de arco eléctrico, ahorrando así energía.
- El proceso de reducción directa utiliza mineral de hierro peletizado o mineral natural en terrones. Una excepción es el proceso de lecho fluidizado , que requiere partículas de mineral de hierro clasificadas por tamaño.
- El proceso de reducción directa puede utilizar gas natural contaminado con gases inertes, evitando así la necesidad de eliminar estos gases para otros usos. Sin embargo, cualquier contaminación del gas reductor con gases inertes disminuye la eficacia (calidad) de dicho flujo de gas y la eficiencia térmica del proceso. El uso de gas natural también genera gases de efecto invernadero.
- En zonas como el norte de Australia , se dispone de mineral en polvo y gas natural crudo, lo que evita los costes de transporte del gas. En la mayoría de los casos, la planta de reducción directa de hierro (DRI) se ubica cerca de una fuente de gas natural, ya que resulta más rentable transportar el mineral que el gas.
- Para eliminar el uso de combustibles fósiles en la producción de hierro y acero, se puede utilizar hidrógeno gaseoso renovable en lugar de gas de síntesis para producir DRI y eliminar la producción de gases de efecto invernadero. [ 4 ]
Complicaciones
El hierro de reducción directa es susceptible a la oxidación y al óxido si se deja sin protección, y normalmente se procesa posteriormente para obtener acero. [ 5 ] El hierro en masa también puede incendiarse (es pirofórico ). [ 6 ] A diferencia del arrabio de alto horno , que es casi metal puro, el hierro de reducción directa a base de chatarra contiene algo de ganga silícea , que debe eliminarse en el proceso de fabricación de acero.
Historia
La producción de hierro esponja y su posterior procesamiento fue el método más antiguo utilizado para obtener hierro en Oriente Medio , Egipto y Europa , donde se siguió utilizando al menos hasta el siglo XVI.
Si bien las fraguas permitían la producción de hierro a una temperatura de horno más baja (solo unos 1100 °C aproximadamente), producían hierro a un ritmo mucho más lento que un alto horno.
Química
Las siguientes reacciones convierten sucesivamente la hematita (proveniente del mineral de hierro ) en magnetita , la magnetita en óxido ferroso y el óxido ferroso en hierro mediante reducción con monóxido de carbono o hidrógeno . [ 7 ]
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La carburación produce cementita (Fe 3 C):
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Producción
India es el mayor productor mundial de hierro de reducción directa. [ 8 ]
Usos
El hierro esponja no es útil tal cual y generalmente se procesa para crear hierro forjado o acero. La esponja se retira del horno, llamado rebozado, y se golpea repetidamente con martillos pesados y se dobla para eliminar la escoria, oxidar el carbono o el carburo y soldar el hierro. Este tratamiento suele producir hierro forjado con aproximadamente un tres por ciento de escoria y una fracción de un uno por ciento de otras impurezas. Un tratamiento posterior puede añadir cantidades controladas de carbono, lo que permite diversos tipos de tratamiento térmico (por ejemplo, el "acero").
Actualmente, el hierro esponja se crea reduciendo el mineral de hierro sin fundirlo. Esto lo convierte en una materia prima energéticamente eficiente para los fabricantes de aceros especiales, que antes dependían de la chatarra .
Alimento
El hierro reducido con hidrógeno se utiliza como fuente de polvo de hierro apto para uso alimentario , para el enriquecimiento de alimentos y para la eliminación de oxígeno . Esta forma elemental no se absorbe tan bien como las formas ferrosas, [ 9 ] pero su función de eliminación de oxígeno la hace atractiva. Los estándares de pureza para este uso se establecieron en 1977. [ 10 ]
Véase también
Referencias
- Notas
- ↑ "¿Qué es el hierro de reducción directa (DRI)? definición y significado" . Businessdictionary.com. Archivado del original el 4 de enero de 2018. Consultado el 11 de julio de 2011 .
- ↑ "Hierro de reducción directa (DRI)" . Asociación Internacional de Metales de Hierro. 14 de noviembre de 2019.
- ↑ RJ Fruehan, et al. (2000). Energías mínimas teóricas para producir acero (para condiciones seleccionadas)
- ↑ "La producción de acero hoy y mañana" . Archivado del original el 20 de diciembre de 2020.
- ↑ "Hierro de reducción directa (DRI) - Manual de carga - el sitio web de directrices de transporte de carga más grande del mundo" . www.cargohandbook.com . Consultado el 18 de junio de 2022 .
- ↑ Hattwig, Martin; Steen, Henrikus (2004), Manual de prevención y protección contra explosiones , Wiley-VCH, pp. 269–270 , ISBN 978-3-527-30718-0.(enlace roto, 24 de octubre de 2019)
- ↑ "MIDREX" (PDF) .
- ↑ "Estadísticas mundiales de reducción directa de 2024" (PDF) . Midrex Technologies. 2024. Consultado el 2 de septiembre de 2025 .
- ↑ Zimmermann, Michael B.; Winichagoon, Pattanee; Gowachirapant, Sueppong; Hess, Sonja Y.; Harrington, Mary; Chavasit, Visith; Lynch, Sean R.; Hurrell, Richard F. (2005). "Comparación de la eficacia de refrigerios a base de trigo fortificados con sulfato ferroso, hierro electrolítico o hierro elemental reducido con hidrógeno: ensayo controlado, doble ciego y aleatorizado en mujeres tailandesas" . The American Journal of Clinical Nutrition . 82 (6): 1276– 1282. doi : 10.1093/ajcn/82.6.1276 . PMID 16332661 .
- ↑ Shah, Bhagwan G.; Giroux, Alexandre; Belonje, Bartholomeus (1977). "Especificaciones para hierro reducido como aditivo alimentario" . Journal of Agricultural and Food Chemistry . 25 (3): 592– 594. Bibcode : 1977JAFC...25..592S . doi : 10.1021/jf60211a044 . PMID 858856 .
- Bibliografía
- Valipour MS, y Saboohi, Y, " Investigación numérica de la reducción no isotérmica de hematita utilizando gas de síntesis: el estudio de la escala del eje ", Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 15(5), pág. 487, 2007.
- Grobler, F. y Minnitt, RCA " El creciente papel del hierro de reducción directa en la producción mundial de acero ", Instituto Australasiático de Minería y Metalurgia.
Enlaces externos
- Tecnologías del hidrógeno
- Europa en la Edad de Hierro
- Hierro
- Procesos metalúrgicos