Arena de hierro

La arena de hierro tuvo usos moderados y localizados en China durante la última etapa de la Revolución Industrial , pero fue una materia prima bastante insignificante a lo largo de la larga historia de la industria siderúrgica china. A diferencia del resto de Eurasia y África , hay muy poca evidencia arqueológica que sugiera que la fundición en horno de refinación se utilizara en la antigua China . ^{[ 8 ]} El campo chino era rico en depósitos que contenían tanto carbón , un combustible que arde a alta temperatura, como un mineral de hierro con un alto contenido de fósforo . Alrededor del 1200 a. C., los chinos desarrollaron un método para fundir el mineral rocoso en arrabio, que luego se volvía a fundir y verter en moldes ( fundición ) para formar hierro fundido. Aunque el metal era muy quebradizo, este método podía producir hierro en volúmenes mucho mayores que la fundición en horno de refinación, y con rendimientos de metal por mineral muchísimo mayores. Para el siglo I a. C., la industria siderúrgica china era, con mucho, la más grande y avanzada del mundo. Para el siglo I d. C. habían desarrollado el pudelado para la producción de acero dulce , el acero de crisol para la fabricación de espadas y otras armas, y un proceso químico de descarburación rápida de arrabio líquido para hacer hierro forjado , utilizando las propiedades de oxidación del salitre (llamado proceso Heaton , fue descubierto independientemente por John Heaton en la década de 1860). ^{[ 9 ]} China siguió siendo el mayor productor mundial de hierro hasta el siglo XI, fabricando grandes cantidades de acero y hierro relativamente asequibles. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

Donald B. Wagner, experto en metalurgia china antigua , señala que los intentos de rastrear la historia de la arena de hierro en China terminan con resultados inconclusos. Una fuente puede indicar su uso ya en la dinastía Tang (aproximadamente 700-900 d. C.), mientras que otras parecen contradecir esta interpretación. ^{[ 6 ]} Debido a guerras, invasiones, hambrunas, desconfianza en el gobierno, superpoblación, una creciente epidemia de opio y enfrentamientos entre varias cuadrillas de mineros, existe muy poca información sobre la industria entre los siglos XI y XIX, cuando un minero europeo llamado Felix Tegengren llegó y encontró la industria china en ruinas. Tegengren señala que la arena de hierro se extraía en Henan y Fujian por agricultores locales y se fundía sobre brasas de carbón para fabricar herramientas, pero esto implicaba mucho trabajo, lo que la hacía muy costosa. Solo se fundía donde había suficiente leña para los fuegos y el acero más barato no estaba fácilmente disponible. Por lo tanto, el material se consideraba económicamente insignificante en China. ^{[ 7 ] [ 12 ]} Sin embargo, debido a que la extracción era un trabajo seguro al aire libre, los agricultores locales la practicaban para complementar sus ingresos dondequiera que estuviera disponible; en el siglo XIX, 1000 lb (450 kg) de arena lavada se vendían típicamente por el equivalente a 50 a 60 dólares estadounidenses (según los tipos de cambio de 2016, ~ 900–1000 dólares o 700–800 euros). ^{[ 5 ]}  

Sin embargo, en la era moderna, la arena de hierro se extrae aluvialmente a lo largo de la costa sureste de China y se utiliza para la fundición de acero. ^{[ 12 ] [ 5 ]} La composición típica de esta arena de hierro es 48,88 % de hierro metálico, 25,84 % de sílice, 0,232 % de fósforo y 0,052 % de azufre. ^{[ 6 ]}

En Indonesia, la arena de hierro predomina en la costa sur de la isla de Java .

La minería a gran escala no se practicó en Japón hasta los siglos VII u VIII. Antes de esto, los metales se importaban comúnmente a Japón desde China y Corea. ^{[ 13 ]} Se cree que los depósitos de mineral de hierro eran escasos en Japón, por lo que, alrededor del siglo VIII, se desarrolló la tecnología de fabricación de hierro con el uso de arena de hierro ( satetsu ) como ingrediente principal. Debido a la naturaleza suelta de la arena, es difícil fundirla en un horno de refinación normal , o usarla en un alto horno para hacer arrabio , por lo que los japoneses desarrollaron un horno de refinación abierto llamado tatara . El tatara se construyó con una forma baja, similar a una tina, parecida a un alto horno horizontal, en el que se podía verter y contener la arena de hierro, y fundirla por etapas. A diferencia de otros métodos, el carbón se apilaba sobre la arena y se fundía desde arriba, evitando que fuera dispersado por las ráfagas del fuelle . En lugar de ladrillo o piedra, el tatara estaba hecho de arcilla para poder romperlo fácilmente y extraer el metal. Este método permitía fundir volúmenes de mineral mucho mayores que otros tipos de fundición en horno de forja.

La arena de hierro en Japón se presenta en dos formas. La arena de hierro Masa se encuentra mezclada con arena de cuarzo que se arrastra desde las montañas de granito . La magnetita en la arena contiene pocas impurezas u otros óxidos metálicos. La arena de hierro Masa se utilizaba para la fabricación de hierro forjado y acero , empleado en todo tipo de objetos, desde herramientas hasta utensilios de cocina. La arena de hierro se utilizaba ampliamente en Japón para la producción de hierro, especialmente para las espadas tradicionales japonesas . ^{[ 14 ]} La arena de hierro Akome se encuentra mezclada con arena hecha de una roca ígnea llamada diorita . La magnetita en la arena contiene a menudo más del 5 % de dióxido de titanio , lo que reduce la temperatura de fundición. La arena de hierro Akome se utiliza en el tatara para hacer arrabio, que luego se utiliza para hacer objetos de hierro fundido ( nabegane ). En la fabricación de acero, el Akome se añadía al tatara durante la etapa inicial de la fundición, actuando como aglutinante y catalizador para la producción de acero, sobre el cual se vertía la arena de hierro Masa en etapas posteriores. ^{[ 15 ] [ 8 ]} Cuando se fundía para obtener arrabio, 1000 lb (450 kg) o 120 kanme producían típicamente alrededor de 200 lb (91 kg) de arrabio, 20 lb (9,1 kg) de acero y 70 lb (32 kg) de escoria. Cuando se fundía para obtener acero, 1000 lb (450 kg) de arena producían alrededor de 100 lb (45 kg) de acero, 100 lb (45 kg) de escoria y 90 lb (41 kg) de arrabio. La escoria y el arrabio que no eran aptos para su uso se fundían juntos para formar hierro forjado, del cual 1000 lb (450 kg) mezclados producían alrededor de 500 lb (230 kg) de hierro. ^{[ 16 ]}