¿De dónde se extrae el hierro?

El hierro se extrae de rocas ricas en óxidos y carbonatos de hierro, llamadas menas, que se explotan sobre todo en grandes minas a cielo abierto. Los minerales más aprovechados son la hematita, la magnetita, la limonita y la siderita, y la mayor parte procede de antiguas formaciones sedimentarias de hace más de 1.800 millones de años. Después, en el alto horno, el óxido se reduce con carbono para obtener el metal con el que se fabrica el acero.

¿De dónde se extrae el hierro?

El hierro (símbolo Fe, número atómico 26) es uno de los elementos más abundantes de la Tierra: forma la mayor parte del núcleo del planeta y es el cuarto elemento más abundante de la corteza, por detrás del oxígeno, el silicio y el aluminio. Sin embargo, casi nunca aparece en estado nativo, porque se combina con facilidad con el oxígeno. Por eso no se «recoge» hierro metálico, sino que se extraen minerales de hierro y luego se transforman químicamente.

Un yacimiento solo es rentable cuando la roca contiene suficiente hierro y en cantidad suficiente. A esa roca aprovechable se la llama mena, y a los minerales sin valor que la acompañan (cuarzo, arcillas, carbonatos), ganga. El hierro es, con diferencia, el metal que más se extrae en el mundo y forma parte de los recursos minerales no renovables.

Minerales de los que se obtiene el hierro

Hay muchos minerales con hierro, pero solo unos pocos son menas útiles. Los porcentajes de la tabla son los teóricos del mineral puro; en la roca real la ley es menor.

La pirita (FeS₂) contiene mucho hierro, pero no se usa como mena para el acero porque el azufre perjudica sus propiedades; se aprovecha sobre todo para obtener ácido sulfúrico. Cuando la limonita aparece pura se suele hablar de goethita: «limonita» es un término de campo, no una especie mineral en sentido estricto.

Tipos de yacimientos de hierro

Formaciones de hierro bandeado

La mayor parte del hierro que se extrae hoy procede de las formaciones de hierro bandeado (BIF, por sus siglas en inglés): rocas sedimentarias con capas alternas de óxidos de hierro y sílice, depositadas en el fondo de océanos antiguos, en su mayoría hace entre unos 2.500 y 1.800 millones de años. Se relacionan con la aparición del oxígeno producido por los primeros organismos fotosintéticos, que oxidó el hierro disuelto en el agua y lo hizo precipitar. Según la región reciben nombres locales, como itabirita en Brasil o taconita en Minnesota (Estados Unidos).

Otros yacimientos

• Magmáticos: masas de magnetita ligadas a la actividad volcánica, como las de Kiruna, en el norte de Suecia.
• Skarn o de contacto: se forman cuando un magma calienta y transforma rocas calizas.
• Sedimentarios oolíticos: pequeños granos de óxido acumulados en mares poco profundos, como la antigua minette de Lorena (Francia).
• Lateríticos y de enriquecimiento: la meteorización en climas cálidos elimina la sílice y concentra el hierro, lo que eleva la ley de muchos yacimientos de bandeado.

Principales países productores

La producción está muy concentrada en pocos países. Según los informes anuales del Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS), Australia es el mayor productor y exportador del mundo, seguida de Brasil; a continuación figuran China e India, y después países como Rusia, Sudáfrica, Canadá, Ucrania, Irán, Kazajistán y Suecia. Las cifras exactas cambian cada año y conviene consultarlas en la edición más reciente.

• Australia: la región de Pilbara, en Australia Occidental, concentra enormes minas a cielo abierto.
• Brasil: destacan Carajás (Pará) y el Cuadrilátero Ferrífero (Minas Gerais), con menas de alta ley.
• China: es el mayor consumidor y fabricante de acero, por lo que, además de producir, importa grandes cantidades.
• Suecia: Kiruna alberga una de las mayores minas subterráneas de hierro del mundo.

En España la minería del hierro fue clave en la industrialización del País Vasco: las minas de Vizcaya abastecieron a la siderurgia bilbaína y exportaron mineral a Gran Bretaña en el siglo XIX. También tuvieron importancia Sierra Menera (entre Teruel y Guadalajara) y el Marquesado del Zenete (Granada). Todas cerraron a finales del siglo XX.

Cómo se extrae y se prepara el mineral

1. Prospección: se localiza el yacimiento con cartografía geológica, anomalías magnéticas (muy útiles con la magnetita) y sondeos.
2. Arranque: casi siempre en minas a cielo abierto, excavadas en bancos escalonados; se perfora la roca, se vuela con explosivos y se carga en camiones de gran tonelaje. Solo algunos yacimientos profundos se explotan bajo tierra.
3. Trituración y molienda: la roca se reduce a fragmentos o polvo.
4. Concentración: se separa la ganga por métodos magnéticos, gravimétricos o por flotación, hasta conseguir un concentrado rico en hierro.
5. Aglomeración: el polvo fino se transforma en pélets (bolitas cocidas) o en sínter para que deje pasar los gases dentro del horno.

Del mineral al metal: alto horno y reducción

Obtener hierro es, químicamente, una reacción redox: hay que quitar el oxígeno al óxido, es decir, reducirlo. El método clásico es el alto horno, una torre de varias decenas de metros que funciona sin parar durante años.

• Por arriba se carga mineral (sínter y pélets), coque (carbón destilado) y caliza como fundente.
• Por abajo, unas toberas inyectan aire caliente. El coque arde y produce monóxido de carbono (CO), que es el agente reductor.
• El CO reduce el óxido por etapas (Fe₂O₃ → Fe₃O₄ → FeO → Fe). En conjunto: Fe₂O₃ + 3 CO → 2 Fe + 3 CO₂.
• La caliza se descompone en cal (CaO), que se une a la sílice de la ganga y forma escoria (silicatos de calcio), más ligera, que flota sobre el metal fundido.
• Por la parte inferior se sangra el arrabio, hierro con alrededor de un 4 % de carbono y otras impurezas; la escoria se aprovecha, por ejemplo, para fabricar cemento.

El arrabio es frágil, así que se transforma en acero en un convertidor de oxígeno, que quema el exceso de carbono hasta dejarlo, por lo general, por debajo del 2 %. El acero es una aleación de hierro y carbono, a la que se añaden otros elementos como cromo o níquel en el acero inoxidable.

Reducción directa e hidrógeno

Una alternativa es la reducción directa: el mineral se reduce en estado sólido con gas natural o con hidrógeno, sin fundirlo, y se obtiene «hierro esponja», que luego se funde en hornos de arco eléctrico junto con chatarra. Con hidrógeno la reacción es Fe₂O₃ + 3 H₂ → 2 Fe + 3 H₂O, de modo que se libera vapor de agua en lugar de CO₂. Varios proyectos en Europa ensayan esta vía para reducir las emisiones de la siderurgia, uno de los sectores industriales que más CO₂ emite.

Importancia del hierro y de su extracción

Desde la Edad del Hierro, cuando se generalizó la forja de herramientas y armas, este metal ha sostenido la técnica humana. Hoy el acero está en edificios, puentes, vías de tren, coches, barcos, electrodomésticos y maquinaria. A diferencia de metales más escasos como el oro, el cobre o el plomo, el hierro abunda, pero su extracción mueve volúmenes gigantescos de roca, transforma el paisaje y exige agua y energía. Por eso tienen tanto peso el reciclaje de la chatarra, la restauración de las minas cerradas y el control de las balsas de residuos.

Ejercicios resueltos

Preguntas frecuentes

Referencias

• U.S. Geological Survey. Mineral Commodity Summaries: Iron Ore. Edición anual.
• Klein, C. y Hurlbut, C. S. Manual de mineralogía (basado en la obra de J. D. Dana). Reverté.
• Callister, W. D. Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales. Reverté.