Las ferroaleaciones son diversas aleaciones de hierro con una alta proporción de uno o más elementos, como el manganeso (Mn), el aluminio (Al) o el silicio (Si). [1] Se utilizan en la producción de aceros y aleaciones. [2] [3] Las aleaciones imparten cualidades distintivas al acero y al hierro fundido o cumplen funciones importantes durante la producción y, por lo tanto, están estrechamente asociadas con la industria del hierro y el acero , el principal consumidor de ferroaleaciones. Los principales productores de ferroaleaciones en 2014 fueron China , Sudáfrica , India , Rusia y Kazajstán , que representaron el 84% de la producción mundial. [4] La producción mundial de ferroaleaciones se estimó en 52,8 millones de toneladas en 2015. [5]
Las principales ferroaleaciones son:
Las ferroaleaciones se producen generalmente mediante dos métodos: en un alto horno o en un horno de arco eléctrico . La producción en alto horno disminuyó continuamente durante el siglo XX, mientras que la producción en arco eléctrico sigue aumentando. Hoy en día, el ferromanganeso todavía se puede producir eficientemente en un alto horno, pero, incluso en este caso, los hornos de arco eléctrico se están extendiendo. Más comúnmente, las ferroaleaciones se producen mediante reacciones carbotérmicas , que implican la reducción de óxidos con carbono (como coque) en presencia de hierro. Algunas ferroaleaciones se producen mediante la adición de elementos al hierro fundido.
También es posible producir algunas ferroaleaciones mediante procesos de reducción directa . Por ejemplo, en Japón se utiliza el proceso Krupp-Renn para producir ferroníquel . [6]
Los principales países productores de cromita en el mundo en 2014 fueron Sudáfrica (12 Mt), Kazajstán (3,7 Mt), India (3,5 Mt) y Turquía (2,6 Mt). La mayor parte de la producción de cromita se fundió en hornos de arco eléctrico para producir ferrocromo para la industria metalúrgica. Los principales países productores de ferrocromo en el mundo en 2014 fueron China (4,5 Mt), Sudáfrica (3,6 Mt), Kazajstán (1,2 Mt) e India (0,9 Mt). La mayor parte de las 11,7 Mt de ferrocromo producidas en todo el mundo se consumieron en la fabricación de acero inoxidable, que ascendió a 41,7 Mt en 2014. [4]
Dos ferroaleaciones de manganeso, el ferromanganeso y el silicomanganeso, son ingredientes clave para la fabricación de acero. China es el principal productor mundial de ferroaleaciones de manganeso (2,7 Mt), con una producción mucho mayor que la producción combinada de los siguientes tres mayores productores: Brasil (0,34 Mt), Sudáfrica (0,61 Mt) y Ucrania (0,38 Mt). [2]
Los principales productores de ferromolibdeno son Chile (16.918 t), China (40.000 t) y Estados Unidos (que, en 2008, representó el 78% de la producción mundial de mineral de molibdenita. Canadá, México y Perú representaron el resto. Los concentrados de molibdenita se tuestan para formar óxido molíbdico, que se puede convertir en ferromolibdeno, productos químicos de molibdeno o molibdeno metálico. Aunque Estados Unidos fue el segundo país productor de molibdeno en el mundo en 2008, importó más del 70% de sus necesidades de ferromolibdeno en 2008, principalmente para la industria del acero (83% del ferromolibdeno consumido). [2]
En 2014, aproximadamente el 33% del níquel nuevo anual del mundo era ferroníquel , [8] un extenso artículo de revisión del cual fue publicado por Swartzendruber et al en 1991. [9] Muchos de los meteoritos que caen a la Tierra resultan ser ferroníquel, [9] y toman la forma de kamacita y/o taenita . [ cita requerida ] El ferroníquel tiene una estructura cristalina cúbica centrada en las caras (a través del Ni). [10] Puede tomar la forma de ferrita , martensita o austenita . El sistema binario Fe-Ni se ha investigado con fines análogos al acero porque la presencia de níquel en aceros de alta aleación como los aceros inoxidables austeníticos y los aceros maraging es un impulsor clave para la transición de la ferrita cúbica centrada en el cuerpo a la austenita cúbica centrada en las caras. [11]
A finales del siglo XX, el 60% de la producción de níquel se basaba en la fundición de mata de minerales de sulfuro, esto no se prestaba a la producción de ferroníquel. [12] Según datos de 2003, se informó que la participación de lateritas en la producción primaria de níquel era del 42%. [12] La producción anual mundial de ferroníquel en 2014 fue de alrededor de 250.000 toneladas. [8] Los dos mayores productores fueron BHP y Société Le Nickel . [8] Los minerales de laterita se utilizan a menudo para abastecer el proceso de producción. [13] [14] El proceso RKEF se utiliza a menudo. [15] El consumo de energía por tonelada de producto es alto para los minerales de laterita debido a la alimentación de baja calidad y, por lo tanto, produce una gran cantidad de escoria residual y contaminación gaseosa. [16] Generalmente, más del 90% de la producción del horno está en forma de escoria . [8] La técnica de refinación del ferroníquel fundido es un tema para especialistas, [17] y debido a la variabilidad del contenido de mineral, los procesos podrían incluso necesitar ser adaptados según la fuente: por ejemplo, el proceso Larco de minerales griegos. [18] "La razón principal para agregar níquel en aleaciones ferrosas es promover una microestructura austenítica. El níquel generalmente aumenta la ductilidad, la tenacidad y la resistencia a la corrosión". [19] El arrabio de níquel se distingue del ferroníquel por la baja fracción de peso del primero (4-10%) de níquel y el alto contenido de carbono (>3%). En contraste, el ferroníquel es una aleación binaria relativamente pura. [19]
En 2008, los principales países productores de ferroníquel fueron Japón (301.000 t), Nueva Caledonia (144.000 t) y Colombia (105.000 t). En conjunto, estos tres países representaron alrededor del 51% de la producción mundial si se excluye a China. Ucrania, Indonesia, Grecia y Macedonia, en orden descendente de producción en peso bruto, produjeron entre 68.000 t y 90.000 t de ferroníquel, lo que representa un 31% adicional, excluida China. China fue excluida de las estadísticas porque su industria produjo grandes tonelajes de arrabio de níquel además de una gama de grados de ferroníquel convencionales, para una producción combinada estimada de 590.000 t de peso bruto. El contenido de níquel de los productos chinos individuales varió de alrededor del 1,6% a hasta el 80%, dependiendo del uso final del cliente. [2]
En Estados Unidos, la industria del acero representó prácticamente todo el ferroníquel consumido en 2008, y más del 98% se utilizó en aceros inoxidables y resistentes al calor; en ese año no se produjo ferroníquel en ese país. [2]
El arrabio de níquel es un ferroníquel de baja calidad fabricado en China, que es muy popular desde la década de 2010.
El consumo de ferroaleaciones de silicio está impulsado por la producción de hierro fundido y acero, donde las aleaciones de silicio se utilizan como desoxidantes. También se utilizó algo de silicio metálico como agente de aleación con hierro. Sobre la base del contenido de silicio, la producción neta de ferrosilicio y aleaciones de silicio diversas en los EE. UU. fue de 148.000 t en 2008. China es el principal proveedor, que en 2008 produjo más ferrosilicio (4,9 Mt) que el resto del mundo en conjunto. Otros fabricantes importantes son Noruega (0,21 Mt), Rusia (0,85 Mt) y los EE. UU. (0,23 Mt). [2]
El titanio se utiliza en la fabricación de acero para la desoxidación, el control del tamaño de grano y el control y estabilización del carbono y el nitrógeno. Durante la fabricación de acero, el titanio se suele introducir como ferrotitanio debido a su temperatura de fusión relativamente baja y su alta densidad. Los aceros con un contenido de titanio relativamente alto incluyen aceros libres de intersticios, inoxidables y de baja aleación de alta resistencia. El ferrotitanio se produce normalmente mediante la fusión por inducción de chatarra de titanio con hierro o acero; sin embargo, también se produce directamente a partir de concentrados minerales de titanio. Los grados estándar de ferrotitanio son 30% y 70% de titanio. El ferrosilicio-titanio también se produce para permitir la adición simultánea de silicio y titanio. Los principales países productores de ferrotitanio son Brasil, China, India, Japón, Rusia, Ucrania, Reino Unido y Estados Unidos. [2]
El ferrotantalio se añade al acero fundido para crear aceros especiales endurecibles. También se utiliza como material de soldadura, polvo para pulverización y para aplicaciones de pulvimetalurgia. [20]
El tungsteno es un elemento de aleación importante en los aceros de alta velocidad y otros aceros para herramientas, y se utiliza en menor medida en algunos aceros inoxidables y estructurales. El tungsteno se añade a menudo a las masas fundidas de acero en forma de ferrotungsteno, que puede contener hasta un 80% de tungsteno. La producción mundial de ferrotungsteno está dominada por China, que en 2008 exportó 4.835 t (peso bruto) de la aleación. El ferrotungsteno es relativamente caro, con precios de entre 31 y 44 dólares por kilogramo de tungsteno contenido. [2]
En 2008, China, Rusia (12.000 t) y Sudáfrica (17.000 t) representaron el 98% de la producción mundial de vanadio en minas. En estos tres países, el vanadio se recuperó principalmente de mineral de magnetita con contenido de titanio procesado para producir arrabio. El proceso implica la reducción aluminotérmica de óxido de vanadio (V) , aluminio (como desoxidante) y chatarra de hierro. [1] Esto produce una escoria que contiene entre un 20% y un 24% de pentóxido de vanadio, que puede procesarse posteriormente para obtener ferrovanadio que contiene entre un 40% y un 50% de vanadio. De las 5.090 t de vanadio consumidas en los Estados Unidos en 2008, el 84% provino de ferrovanadio y casi la totalidad (99%) se destinó a la fabricación de acero. [2]
Este artículo incorpora material de dominio público de Ferroalloys (PDF) . Servicio Geológico de los Estados Unidos .
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