Alrededor del 1.400 a. de C. los Hititas en la antigua Mesopotamia descubrieron que el hierro podía ser producido en hornos a partir de mineral de hierro, aunque se sabe, que ya antes se forjó, en este caso siendo el origen meteorítico.
Aunque no se sabe a ciencia exacta como llegaron a este descubrimiento, se cree que fue en los hornos de cobre, realizados de adobe, en los cuales en las zonas de máximo calor y coincidiendo con áreas de adobe con alto contenido en hierro, este se redujo (reacción química) en la superficie, descubriendo después los hititas, que este material era más duro y resistente que el cobre y el bronce (aleación de cobre con estaño o zinc) que eran los metales utilizados hasta el momento.
A lo largo de los siglos fue extendiéndose este conocimiento a todo el mundo conocido hasta Europa, india y China, llegándose en estas zonas a licuar el hierro muchísimo antes que en nuestro continente, pero esa es otra historia.
En Europa el uso intensivo del hierro empezó con la cultura de Hallstatt, aproximadamente a partir del año 800 a. de C., pasando después a denominarse también estos grupos indoeuropeos como Celtas, que lo extendieron por el resto de Europa.
La producción de hierro mediante el proceso químico de reducción se mantuvo sin cambios hasta bien entrada la edad media, siendo únicamente explotado de forma “industrial” por los romanos, ya que por ejemplo, una legión de 5.000 o 6.000 soldados, necesitaban de 20 a 30 toneladas de hierro para ser equipados.

Pero volvamos al proceso de producción propiamente dicho.
Como he dicho anteriormente, el proceso según el cual se obtenía hierro se llama reducción directa.
Según los muchísimos yacimientos encontrados de restos de hornos en toda Europa, estos medían alrededor de 1 metro de alto y con un diámetro interior inferior de aproximadamente 30 cm y superior de unos 15 cm y estaban construidos de adobe, con un grosor suficiente de muro, para contener lo máximo posible el calor interior. Inicialmente se construían en lo alto de laderas para aprovechar siempre los vientos, para ayudar al tiro natural del horno /chimenea) y por supuesto cerca de yacimientos de mineral. Un pequeño, pero importante desarrollo fue la utilización de fuelles, con lo que se conseguía optimizar la introducción de aire en el horno y por consiguiente manejar con más precisión la temperatura interior del mismo. El problema que tenían antiguamente era que conseguían llegar a la temperatura de fusión del hierro que es de 1.538ºC, no siendo comparable con los 1.083ºC del cobre o incluso los menos de 1.000ºC del bronce (dependiendo de la aleación), temperaturas estas últimas, que se alcanzaban sin problemas en los hornos de adobe.
Las máximas temperaturas que se llegan a alcanzar en los hornos antiguos para reducir el mineral de hierro varían entre los 1.200ºC y máximo de 1.300ºC. Los minerales (la corteza terrestre se compone de hasta un 4% de hierro frente a solo un 0,02% de cobre) utilizados tanto antes como ahora para la producción son:

- Hematites (Fe2O3 – de la clase de los óxidos) con un contenido en hierro del 70%
- Goethita (Fe3+O(OH) – de la clase de los hidróxidos) con un contenido en hierro del 62,9%
- Magnetita (Fe2+Fe3+2O4 – de la clase de los óxidos) contiene el 31.03% de FeO y el 68.97% Fe2O3
- Siderita (Fe2+CO3 – de la clase de los carbonatos) contiene 62.1% de FeO

Parece ser que al principio recolectaban el hierro de los pantanos o limonita, lo que es lo mismo que la goethita.

La reducción consiste en el siguiente proceso químico (es el contrario al proceso de oxidación), desglosado según las temperaturas en el interior del horno:

- entre 300 y 500ºC (parte superior del horno):
• 3 Fe2O3 + CO  Fe3O4 + CO2
• Fe3O4 + 3CO  FeO + CO2

- entre 500 y 800ºC (parte mediana del horno):
• FeO + CO  FeO + CO2

- entre 800 y 1.300ºC (parte inferior del horno):
• FeO + C  Fe + CO

Una vez localizado el mineral hacía falta el combustible. Para ello se utilizaba el carbón vegetal, por lo cual era necesario que los yacimientos y hornos se encontrasen cerca de zonas boscosas. Habitualmente se suelen encontrar restos de las carboneras cerca de los yacimientos de hornos.
Una parte importante del proceso de producción es reducir el tamaño tanto del mineral como del carbón vegetal. Un problema pueden resultar los minerales, ya que suelen ser bastante duros. Para conseguir reducir la dureza, se tuesta el mineral, con lo cual además se inicia levemente el proceso de reducción, quemando elementos no necesarios en el mismo. Según la arqueología experimental el tamaño ideal tanto del mineral como del carbón es el de máximo una almendra.
Realizada esta tarea, se encendía el horno con leña de alto poder calorífico, dejándolo quemar el suficiente tiempo, hasta que se suponía no poder elevar más la temperatura interior. Después se echaban algunas cargas de carbón vegetal para seguir elevando la temperatura hasta el punto que se creía óptimo para empezar a echar alternativamente las cargas de mineral y carbón.
La relación entre el mineral y el carbón vegetal que se cree recomendable para maximizar el proceso de reducción de hierro es de 1:1,5 o 1:2, siempre dependiendo tanto de la calidad del mineral como del carbón.
De esta forma se conseguía crear en el interior del horno una atmósfera de reducción, a través del quemado suficientemente rápido del carbón, con la consiguiente alta temperatura que a su vez conseguía calentar las almendras de mineral hasta tal punto que este se licuaba y se producía la reacción química. Hay que tener claro, que en ningún momento se conseguía licuar el hierro, sino que solo se fundía el mineral que salía fuera del horno por la parte inferior a través de una pequeña apertura, cuyos restos en forma de escoria han sido encontrados en numerosísimas ocasiones, pudiendo analizarlas, para conocer el rendimiento del horno, los minerales y madera utilizadas, o incluso la cantidad total de hierro producido en determinadas zonas, etc.

Para un horno de este tamaño (1 m) y de 8 a 10 horas de trabajo se podían llegar a utilizar unos 20 kg de mineral y 40 kg de carbón vegetal.

Suponiendo que el trabajo hubiese tenido éxito (son muchas las variables que influyen en el mismo) el hierro se acumulaba en el fondo del horno, formando una masa esponjosa con muchas inclusiones de escoria. Para poder acceder a esta “esponja” había que romper o abrir el horno, por lo cual no han llegado enteros hasta nuestros días. Todavía al rojo vivo, se sacaba esta masa esponjosa y se la golpeaba con mazos de madera hasta conseguir excluir la mayor parte de escoria para después pasar a las fraguas, donde se terminaba de compactar el material. El rendimiento final de hierro para la cantidad arriba mencionada variaba entre los 5 y 8 kg. Uno de lo problemas de este hierro era el bajo contenido en carbono que se calcula era del 0,1%, con lo que sus propiedades solo eran poco mejor que las del bronce. Con los sucesivos calentamientos y forjados en la fragua (aumentaba el porcentaje hasta un 1%), se dieron cuenta que aumentaba la dureza del hierro, con lo cual resultaba óptimo para realizar todo tipo de armas.
Otras formas de endurecer y/o mejorar la calidad del hierro era el templado o el acero de damasco, pero eso son otros temas.

Os adjunto dos fotos de los dos experimentos que he realizado hasta el momento.