Extraction du fer par le processus de haut-fourneau

Sur Terre, le fer ne se trouve pas dans sa forme élémentaire, mais sous forme d'oxydes et de sulfures dans les minerais de fer. Ce sont les substances de base qu'on utilise pour gagner du fer brut dans les hauts-fourneaux.

Le haut-fourneau fonctionne à 1 900 °C pour extraire le fer du minerai. Pour atteindre cette température, on utilise du coke (et non du charbon) comme combustible et le feu à l'intérieur du fourneau est alimenté avec de l'air brûlant entre 1 200 °C et 1 300 °C. Comme autre composant, on utilise le calcaire, qui lie les impuretés. Le haut-fourneau est alimenté par le haut, de sorte qu'il se forme alternativement des couches de coke et de minerai de fer. La température la plus élevée règne dans la partie inférieure du fourneau. Le fer liquide, sur lequel flotte la scorie, est recueilli au fond.
On procède toutes les deux à trois heures à une « coulée » du four. On laisse d'abord s'écouler la scorie, puis du fer brut incandescent jaune à environ 1 450 °C. Les gaz d'échappement toxiques (gaz de gueulard) remontent, sont épurés et réchauffent l'air amené pour les fours.
Dans l'expérience C5.1.2.1, on recourt au modèle de haut-fourneau pour démontrer la réduction du minerai de fer, telle qu'est est réalisée à l'échelle industrielle. Selon le minerai utilisé et les conditions de réaction (température, amenée d'air, additifs), on obtient, comme produit de réaction, un mélange hétérogène de scorie, minerai de fer réduit (Fe₃O₄) et fer métallique.