MINERALS DE FERRO MES IMPORTANTS

Hierro

El hierro o fierro​ es un elemento químico de número atómico 26 situado en el grupo 8, periodo 4 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Fe (del latín fĕrrum)​ y tiene una masa atómica de 55,6 u.​

Este metal de transición es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre, representando un 5 % y, entre los metales, solo el aluminio es más abundante; y es el primero más abundante en masa planetaria, debido a que el planeta en su núcleo, se concentra la mayor masa de hierro nativo equivalente a un 70 %. El núcleo de la Tierra está formado principalmente por hierro y níquel en forma metálica, generando al moverse un campo magnético. Ha sido históricamente muy importante, y un período de la historia recibe el nombre de Edad de Hierro. En cosmología, es un metal muy especial, pues es el metal más pesado que puede producir la fusión en el núcleo de estrellas masivas; los elementos más pesados que el hierro solo pueden crearse en supernovas.

Características principales

Hierro puro

Es un metal maleable, de color gris plateado y presenta propiedades magnéticas; es ferromagnético a temperatura ambiente y presión atmosférica. Es extremadamente duro y denso.

Se encuentra en la naturaleza formando parte de numerosos minerales, entre ellos muchos óxidos, y raramente se encuentra libre. Para obtener hierro en estado elemental, los óxidos se reducen con carbono y luego es sometido a un proceso de refinado para eliminar las impurezas presentes.

Es el elemento más pesado que se produce exotérmicamente por fusión, y el más ligero que se produce a través de una fisión, debido a que su núcleo tiene la más alta energía de enlace por nucleón (energía necesaria para separar del núcleo un neutrón o un protón); por lo tanto, el núcleo más estable es el del hierro-56 (con 30 neutrones).

Presenta diferentes formas estructurales dependiendo de la temperatura y presión. A presión atmosférica:

• Hierro-α: estable hasta los 911 °C. El sistema cristalino es una red cúbica centrada en el cuerpo (bcc).
• Hierro-γ: 911 °C - 1392 °C; presenta una red cúbica centrada en las caras (fcc).
• Hierro-δ: 1392 °C - 1539 °C; vuelve a presentar una red cúbica centrada en el cuerpo.
• Hierro-ε: Puede estabilizarse a altas presiones, presenta estructura hexagonal compacta (hcp)

Aplicaciones

• El acero es indispensable debido a su bajo precio y tenacidad, especialmente en automóviles, barcos y componentes estructurales de edificios.
  Las aleaciones férreas presentan una gran variedad de propiedades mecánicas dependiendo de su composición o el tratamiento que se haya llevado a cabo.

Varietats i minerals de ferro :

El ferro és, després de l’alumini, el metall més abundant de la natura: constitueix el 5% de l’escorça terrestre. Els quatre esglaons de la corba de refredament del ferro pur semblen fixar l’existència de quatre varietats al·lotròpiques: el ferro α o ferrita, estable fins a 768°C, fortament magnètic, el magnetisme del qual desapareix si hom suprimeix el camp (propietat utilitzada en la fabricació dels electroimants), el ferro β, feblement magnètic, estable entre 768° i 900°C, el ferro γ, paramagnètic, i la varietat δ, feblement magnètica, que apareix entre 1 400°C i la temperatura de fusió. L’estudi de les formes cristal·lines i de les altres propietats físiques del ferro confirmen que, de fet, només n'existeixen dues varietats al·lotròpiques: la forma α, estable fins a 900°C, i la forma γ, estable de 900°C a 1 400°C. El ferro és un metall extremament dúctil, tenaç, i mal·leable a la temperatura ordinària, però desproveït d’elasticitat. La càrrega de ruptura depèn molt del seu origen: varia entre 25 i 46 kg/mm 2 per al ferro normal del comerç i pot atènyer 143 kg/mm 2 per al ferro electrolític recuit. Hom el pot forjar fàcilment, i a 800°C l’estat de remolliment en què es troba permet de soldar-lo amb ell mateix. La forja i el laminatge transformen els cristalls que constitueixen el ferro fos en una estructura fibrosa que dóna al ferro una gran tenacitat i un gran allargament a la ruptura (25%). Entre 800°C i 1 000°C el ferro és fràgil, però retroba la seva mal·leabilitat a una temperatura superior a 1 000°C, i per això els lingots de ferro són afaiçonats en calent (entre 1 000°C i 1 300°C). El ferro pur (ferro electrolític o ferro Armco) és un metall homogeni, força resistent a la corrosió, d’una gran conductibilitat, utilitzat en les indústries elèctrica i de la calefacció. El ferro és un metall ferromagnètic, amb una permeabilitat magnètica molt elevada. N'hi ha en l’estat natiu en petites quantitats a Grenlàndia i en els meteorits, en els quals va sovint aliat amb el níquel i encara més sovint amb el cobalt. Els minerals de ferro exlotats són l’òxid salí (Fe 3 O 4 ), o magnetita, particularment pur, que constitueix el principal mineral de ferro suec; l’òxid fèrric (Fe 2 O 3 ), anomenat oligist quan cristal·litza en el sistema romboèdric, que ocorre sovint en forma de masses compactes, amorfes, les quals constitueixen aleshores l' hematites vermella o l’ocre vermell, segons el grau de puresa del mineral; l’òxid fèrric hidratat (Fe 2 O 3 , n H 2 O), o limonita, molt abundant a França, que no correspon a un hidrat definit i és d’origen sedimentari; el carbonat (FeCO 3 ), o siderita(antigament siderosa ), molt menys important, cristal·litzat en rombòedres isomorfs de la calcita (per això era anomenat antigament ferro espàtic ); i la pirita de ferro i la marcassita, de fórmula idèntica (FeS 2 ), però de sistemes cristal·lins diferents, explotades sobretot com a minerals de sofre, tot i que l’òxid obtingut torrant-lo pot ésser utilitzat com a mineral de ferro. El ferro ocorre en la natura combinat amb uns altres nombrosos elements (arsènic, antimoni, etc) en minerals que no són emprats per a obtenir-lo.

A continuación se detallan algunos de los minerales que contienen hierro:
1) El hierro nativo,
2) El hematites u oligisto,
3) La siderita,
4) La pirita,
5) La marcasita,
6) La magnetita,
7) La limonita.

1) EL FERRO NATIU:

FERRO NATIU

El ferro natiu és un mineral de la classe dels elements natius, que pertany i dóna nom al grup del ferro.

El ferro natiu és l'ocurrència natural del ferro, amb fórmula química Fe. Cristal·litza en el sistema isomètric, formant petites butllofes, tot i que també se'n trobes masses que poden arribar a les 25 tones. Rarament forma cristalls. La seva duresa a l'escala de Mohs és 4,5.

Segons la classificació de Nickel-Strunz, el ferro pertany a "01.AE: Metalls i aliatges de metalls, família ferro-crom" juntament amb els següents minerals: vanadi, molibdè, crom, kamacita, tungstè, taenita, tetrataenita, antitaenita, cromferur, fercromur, wairauïta, awaruïta, jedwabita i manganès.

És rar en roques ígnies, especialment en basalts. Es troba en sediments carbonosos, en fumaroles volcàniques i en fusta petrificada, barrejada amb limonita i matèria orgànica. Sol trobar-se associada a altres minerals com: pirita, magnetita, troilita, wüstita o cohenita.^[3] Forma la major part del nucli de la Terra. Va ser trobat per primera vegada en estat natural a l'illa de Qeqertarsuaq, a Qaasuitsup (Groenlàndia), tot i que el llistat de localitats on es pot trobar arribar gairebé al miler d'indrets.

A Catalunya ha estat descrit en dues localitats i en tots dos casos és d'origen meteorític. Al meteorit Cañellas de Vilanova i la Geltrú (Garraf, Barcelona) i el meteorit de Nulles (Alt camp, Lleida). En la primera localitat s'hi ha descrit també la varietat coneguda com a kamacita; en la segona les varietats kamacita i martensita.

2) EL HEMATITES U OLIGISTO:

L'hematites o oligist és un mineral compost d'òxid de ferro (Fe₂O₃) que constitueix un important mineral metal·lífer de ferro, ja que en estat pur conté el 70% d'aquest metall, també pot presentar titani i manganès substituint part del ferro.^[1]

És un mineral que per formar-se requereix un ambient oxidant, és comú a les roques volcàniques produïdes per la solidificació de laves, també es forma en ambient sedimentari a partir de la diagènesi de la limonita (hidròxids de ferro) i es troba també en els productes de sublimació de les exhalacions volcàniques (fumaroles). Es presenta en cristalls generalment tabulars o formant rosetes. En masses reniformes amb estructura radiada.

Hi ha dos tipus d'hematites:

1)Hematites especular de cristalls grans, que presenta un color gris de lluïssor metàl·lica a terrosa.

2)Hematites de color vermellós constituïda per cristalls més petits, taca la pell en tocar-la, és soluble en l'àcid formant-se una solució groga.

Segons la classificació de Nickel-Strunz, l'hematites pertany a "04.CB: Òxids amb proporció metall:oxigen = 2:3, 3:5, i similars, amb cations de mida mitjana" juntament amb els següents minerals: brizziïta, corindó, ecandrewsita, eskolaïta, geikielita, ilmenita, karelianita, melanostibita, pirofanita, akimotoïta, auroantimonita, romanita, tistarita, avicennita, bixbyita, armalcolita, pseudobrookita, mongshanita, zincohögbomita-2N2S, zincohögbomita-2N6S, magnesiohögbomita-6N6S, magnesiohögbomita-2N3S, magnesiohögbomita-2N2S, ferrohögbomita-6N12S, pseudorútil, kleberita, berdesinskiita, oxivanita, olkhonskita, schreyerita, kamiokita, nolanita, rinmanita, iseïta, majindeïta, claudetita, estibioclaudetita, arsenolita, senarmontita, valentinita, bismita, esferobismoïta, sillenita, kyzylkumita i tietaiyangita.

• És un mineral d'ús industrial per a l'extracció de ferro
• És un agent per a polits industrials
• S'empra com a pedra ornamental

Es troba pràcticament a tot arreu, n'hi ha importants jaciments a Suïssa, Brasil, Austràlia, Noruega, Regne Unit, Àustria, Itàlia...; dins de l'estat espanyol cal destacar els jaciments de Guadix (Granada), El Pedroso (Sevilla), Ortigueira (La Corunya) i Viveiro (Lugo). A Catalunya es troba per exemple a la Vall de Ribes (Ripollès), a Montcada i Reixac (Vallès Occidental) o a Vilafranca del Penedès (Alt Penedès).

3) LA SIDERITA:

SIDERITA

La siderita es un mineral de la clase 05 de la clasificación de Strunz, los llamados minerales carbonatos y nitratos. Es un carbonato de hierro (II) (FeCO₃), del grupo de la calcita. Es uno de los principales minerales de hierro conocido desde tiempos prehistóricos. Fue nombrado en 1832 por François Sulpice Beudant y fue descrito en 1845 por Wilhelm Karl Ritter von Haidinger, derivando el nombre del griego σίδερος, sideros, 'hierro', en alusión a su composición química. Sinónimos que ha recibido en español: aerosiderita, bemmelenita, chalybita, gyrita, pelosiderita o thomaíta.

La siderita es un mineral pesado, tiene una composición de carbonato de hierro y un ordenamiento interno hexagonal.Típicamente se encuentra en forma de racimos de cristales romboédricos, del sistema trigonal, cuyas caras aparecen curvadas o compuestas. También se puede encontrar a menudo como una masa granulada de color marrón oscuro o bien como material cristalino masivo, con superficies de exfoliación expuestas claramente curvadas.

Muy a menudo se encuentra en depósitos de lechos sedimentarios mezclada con algún componente biológico, pizarras, arcillas o carbón, lo que sugiere que la siderita es creada biogénicamente También se puede encontrar en rocas sedimentarias metamorfizadas formando masas cristalinas masivas, como mineral principal de depósitos hidrotermales, así como en pegmatitas y en depósitos de pantanos.

Es un mineral de importancia económica para la extracción del hierro. También se encuentra en el espacio y en satélites como la Luna o en meteoritos. La explotación era a cielo abierto, pero actualmente es subterránea, basada en minas.

4) LA PIRITA:

PIRITA

La pirita es un mineral del grupo de los sulfuros cuya fórmula química es FeS₂. Tiene un 53,48% de azufre y un 46,52% de hierro. Frecuentemente macizo, granular fino, algunas veces subfibroso radiado; reniforme, globular, estalactítico. Insoluble en agua, y magnética por calentamiento. Su nombre deriva de la raíz griega pyr (fuego), ya que al rozarla con metales emite chispas, lo cual intrigaba al mundo antiguo. También conocida como "el oro de los tontos" o "el oro de los pobres" por su gran parecido con el oro.
Cúbica, las caras a veces cementadas, también a menudo en octaedros, piritoedros (doce caras pentagonales) y raramente icosaedro (veinte caras triangulares). A menudo maclada, masiva, radiada, granular, su color es amarillo latón y su brillo es metálico, dureza: es duro 6-6,5, de manera que no se exfolia, y las fracturas son de forma concoidea (de concha). Color raya: verde negruzco, diafanidad: opaco. La pirita se funde fácilmente, 2,5-3 en la escala Kobell, y libera vapores de azufre, dejando como residuo sólido pirrotina.

La pirita es uno de los minerales más usados para la obtención del ácido sulfúrico (H₂SO₄) por su elevado porcentaje en azufre. La obtención del ácido se produce mediante el «tueste» del mineral, es decir, se calienta hasta altas temperaturas en presencia de oxígeno, ya que así emana dióxido de azufre (SO₂) y posteriormente este se transforma artificialmente a trióxido de azufre (SO₃) al que se añade agua para transformarlo en ácido.

5) LA MARCASITA:

MARCASITA

La marcasita es un mineral del grupo de los sulfuros. Su nombre proviene del Árabe marcaxita y del persa marcaxixa que es la forma de denominar a la pirita del que es dimorfo y con el que comúnmente se confunde. Contiene aproximádamente 46,6% de hierro y 53,4% de azufre, por tanto su formula es FeS₂.

La marcasita se conoce desde el Paleolítico superior, puede que también en el Mesolítico y el Neolítico, donde servía, como la pirita para producir fuego por percusión. De hecho, la baja energía de activación debida al impacto de una piedra dura sobre la marcasita es suficiente para desencadenar la reacción exotérmica de oxidación (combustión) de las partículas de azufre y hierro arrancadas. Estas partículas incandescentes (chispa caliente) son inmediatamente recibidas sobre una materia vegetal muy fina y bien aireada, de tipo yesca, para formar una brasa.

Muy semejante a la pirita, se presenta en cristales tabulares paralelos al plano basal con prismas cortos.

Se presenta en yacimientos de desplazamiento hidrotermales de baja temperatura. Es muy común encontrarla en rocas sedimentarias como la marga, arcilla o caliza.

Se suele utilizar en la fabricación de ácido sulfúrico, también en la de joyería y como objeto de colección.

6) LA MAGNETITA:

MAGNETITA

La magnetita (o piedra imán) es un mineral de hierro constituido por óxido ferroso-diférrico (Fe₃O₄) que debe su nombre a la ciudad griega de Magnesia de Tesalia, en la actual Prefectura de Magnesia. Su fuerte magnetismo se debe a un fenómeno de ferrimagnetismo: los momentos magnéticos de los distintos cationes de hierro del sistema se encuentran fuertemente acoplados, por interacciones antiferromagnéticas, pero de forma que en cada celda unidadresulta un momento magnético no compensado. La suma de estos momentos magnéticos no compensados, fuertemente acoplados entre sí, es la responsable de que la magnetita sea un imán.

Se presenta en masas granuladas, granos sueltos o arenas de color pardo oscuro. También puede estar en forma de cristales octaédricos.

Hay gran abundancia de este material en la zona de Kiruna, Suecia. Existe una montaña al noroeste de Mauritania, Kediet ej jill, de alrededor de 1000 m de altitud, compuesta de magnetita. La zona se puede ver vía satélite como una mancha oscura y azulada.

Una variedad particular la constituye la valentinesita, combinación de magnetita con cuarzo

Como mineral: junto con la hematita es una de las menas más importantes, al contener un 72 % de hierro (es el mineral con más contenido en hierro).

En seres vivos: la magnetita es usada por diferentes animales para orientarse en el campo magnético de la tierra. Entre ellas las abejas y los moluscos. Las palomas tienen en el pico pequeños granos de magnetita que determinan la dirección del campo magnético y les permiten orientarse. También pequeñas bacterias tienen cristales de magnetita de 40 hasta 100 nm en su interior, rodeadas de una membrana dispuestas de modo que forman una especie de brújula y permiten a las bacterias nadar siguiendo líneas del campo magnético.​

Como material de construcción: se usa como añadido natural de alta densidad (4,65 hasta 4,80 kg/l) en hormigones, especialmente para protección radiológica.

En calderas industriales: la magnetita es un compuesto muy estable a altas temperaturas, aunque a temperaturas bajas o en presencia de aire húmedo a temperatura ambiente se oxide lentamente y forme óxido férrico. Esta estabilidad de la magnetita a altas temperaturas hace que sea un buen protector del interior de los tubos de la caldera. Es por ello que se hacen tratamientos químicos en las calderas industriales que persiguen formar en el interior de los tubos capas continuas de magnetita.

7) LA LIMONITA:

LIMONITA

Limonita és el nom donat a certs minerals de ferro provinents de l'alteració nutrida dels vegetals en aigües ferroginoses compostes d'aigua, ferro i oxigen. Per aquest origen la limonita és considerada en realitat un mineraloide. El seu nom prové del grec λειμωυ (prat), en al·lusió a les formes que pot presentar, sent anomenada així l'any 1813 per Johann Friedrich Ludwig Hausmann.

En l'actualitat, el terme s'usa per a designar òxids i hidròxids massius de ferro sense identificar que no tenen cristalls visibles, i tenen ratlla marró groguenca.

La limonita és normalment goethita, però pot estar composta també en proporcions variables de magnetita, hematites, lepidocrocita, hisingerita, pitticita o jarosita. La fórmula general de la limonita és FeO(OH)·nH₂O;^[1] la limonita és una barreja de minerals, per tant la fórmula química i el sistema cristal·lí variaran segons la composició mineralògica en cada cas. Antigament s'explotava per extreure el tint groc d'aquest mineral, l'anomenat ocre. A més és una important mena de ferro, extreta en les mines amb aquesta finalitat. La limonita és amorfa. Si es troba "formant" cristalls, es tracta en realitat de pseudomorfismes d'altres espècies minerals.

Es tracta d'un material molt comú a les zones d'oxidació de dipòsits amb contingut de ferro, que es produeix per la descomposició de molts minerals de ferro, en particular pirita, amb aigua que reté en quantitats variables.