Obtención de amoniaco, acero y aluminio: procesos industriales
Resumen
El texto explica la industria química y describe tres procesos industriales: la síntesis de Haber para obtener amoniaco, el proceso siderúrgico que transforma el mineral de hierro en arrabio y después en acero, y la obtención de aluminio a partir de la bauxita. Para cada proceso se detallan las etapas, las condiciones de operación y las reacciones químicas principales.
Puntos clave
- La síntesis de Haber obtiene amoniaco a partir de nitrógeno e hidrógeno: N2 + 3H2 ⇌ 2NH3.
- La síntesis de amoniaco opera a unas 200 atm y 400 ºC con un catalizador, y los gases no reaccionados se reutilizan.
- En el alto horno, el monóxido de carbono producido por el coque reduce los óxidos de hierro a hierro metálico, obteniéndose arrabio.
- La caliza reacciona con las impurezas formando escoria, que por ser menos densa se separa en la parte superior.
- En el afino, el oxígeno puro en el convertidor oxida el carbono del arrabio, y después se añaden aleaciones como cromo, wolframio o molibdeno.
- El aluminio se obtiene de la bauxita, transformada en Al2O3 y después en aluminio mediante electrólisis.
Industria Química
La industria química se ocupa de la extracción y el procesamiento de las materias primas, tanto naturales como sintéticas, y de su transformación en otras sustancias distintas mediante reacciones químicas.
Obtención del Amoniaco
El amoniaco es un gas incoloro, con un olor agudo muy penetrante. Se obtiene a partir de sus elementos, hidrógeno y nitrógeno, por el método llamado síntesis de Haber:
N2 (g) + 3H2 (g) ⇌ 2NH3 (g)
Etapas
- Preparación de los gases de síntesis: Se preparan el hidrógeno y el nitrógeno.
- Síntesis catalítica: Los gases se ponen en contacto con un catalizador para acelerar la reacción en el reactor, que opera a 200 atm y 400 ºC. Estas condiciones optimizan el rendimiento y el tiempo de la reacción.
- Separación del amoniaco: Se enfría la mezcla que sale del reactor y se separan los gases del amoniaco en un condensador (los gases son reutilizados).
Obtención del Acero
El acero es una aleación con dos componentes fundamentales: hierro y carbono. El proceso siderúrgico parte del mineral de hierro, el carbón de coque y la caliza como materias primas, y se obtiene como producto final el acero.
Etapas
- Preparación de las materias primas: Se acondicionan y almacenan las materias primas. Hay que moler el mineral de hierro en pequeños aglomerados.
- Reducción del mineral de hierro para obtener arrabio, que se produce en los altos hornos.
- Por el tragante se cargan los minerales de hierro, la caliza y el carbón de coque.
- Por la tobera se inyecta aire precalentado a 1000 ºC que facilita la combustión del coque.
- Durante la combustión se libera monóxido de carbono, que se combina con los óxidos de hierro del mineral y los reduce a hierro metálico.
2C (s) + O2 (g) → 2CO (g)
Fe2O3 (s) + 3CO (g) → 3CO2 (g) + 2Fe (l)
El hierro líquido (arrabio) y la caliza reaccionan con las impurezas del mineral, formando la escoria. Estos se acumulan en el crisol y se separan, ya que la escoria es menos densa y se sitúa en la parte superior.
- Fabricación del acero: Mediante un proceso llamado afino, se elimina parte del carbono y las impurezas que contiene. En un convertidor de oxígeno se introducen hierro y arrabio. Se introduce oxígeno puro que oxida al carbono del arrabio, produciendo dióxido de carbono gaseoso.
2C (s) + O2 (g) → 2CO2 (g)
Se añaden aleaciones con cromo, wolframio, molibdeno, etc.
- Laminación del acero en productos finales: El acero se somete a distintos tratamientos mecánicos para obtener barras, planchas, tubos, etc.
Obtención del Aluminio
El aluminio se obtiene a partir de la bauxita:
2Al(OH)3 (s) → Al2O3 (s) + 3H2O (g)
Electrólisis:
2Al2O3 (l) → 4Al (l) + 3O2 (g)
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PDF Word HTMLPreguntas frecuentes
¿Cómo se obtiene el amoniaco industrialmente?
Se obtiene mediante la síntesis de Haber, haciendo reaccionar nitrógeno e hidrógeno con un catalizador en un reactor a 200 atm y 400 ºC. El amoniaco formado se separa por enfriamiento y los gases sin reaccionar se reutilizan.
¿Qué materias primas se usan para fabricar acero?
El proceso siderúrgico parte del mineral de hierro, el carbón de coque y la caliza. El producto final es el acero, una aleación de hierro y carbono.
¿Cómo se obtiene el aluminio?
El aluminio se obtiene a partir de la bauxita, que primero se transforma en Al2O3 y después se reduce mediante electrólisis.
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