Introduzione

La produzione del ferro dal suo minerale implica una reazione redox effettuata in un altoforno. L’altoforno è riempito in cima con l’ossido del minerale di ferro più comunemente ematite (\(Fe_2O_3\)) ma può anche magnetite (\(Fe_3O_4\)), carbonio chiamato coke e calcare (\(CaCO_3\)). Per lo scopo di questa discussione verrà mostrato l’ossido di ferro ematite (\(Fe_2O_3\)). Come nota a margine, l’ematite prende il suo nome dalla parola greca che significa sangue a causa del colore di una forma della sua polvere. Gli antichi greci credevano che i grandi depositi di ematite fossero formati da battaglie che venivano combattute e il sangue di queste battaglie scorreva nel terreno.

Per iniziare il processo viene forzato un getto di aria calda nella parte inferiore della fornace che aiuta a creare una grande variazione di temperatura con il fondo a 2273 K e la parte superiore a 473 K. La quantità di ossigeno è strettamente controllata in modo che il monossido di carbonio sia il prodotto principale come mostrato:

Similmente il carbonio e il monossido di carbonio contribuiscono entrambi alla riduzione dell’ossido di ferro (III) per dare il metallo impuro come mostrato:

Una delle parti più interessanti di questa reazione redox è che la maggior parte dell’anidride carbonica formata si riduce a sua volta quando viene a contatto con il coke incombusto e produce più agente riducente. Mentre il processo continua, il ferro fuso scende attraverso la fornace e si raccoglie sul fondo, dove viene rimosso attraverso un’apertura sul lato. Quando si raffredda, il ferro impuro è fragile e in alcuni casi morbido a causa della presenza di piccole impurità, come zolfo e fosforo.

Quindi il ferro impuro proveniente dal fondo del forno viene ulteriormente purificato. Il metodo più comune è il forno ad ossigeno di base. Nel forno, l’ossigeno viene soffiato nel ferro impuro. Questo è vitale perché l’ossigeno ossida il fosforo e lo zolfo indicati nelle seguenti reazioni redox:

Gli ossidi sfuggono come gas o reagiscono con gli ossidi di base che vengono aggiunti o usati per rivestire il forno. Questa fase finale di purificazione rimuove gran parte delle impurità e il risultato è un normale acciaio al carbonio. Così il ferro è ottenuto attraverso il processo di ossido-riduzione.