철광석

철광석(鐵鑛石, 문화어: 쇠돌)은 일반적으로 철(Fe)를 함유한 광석을 지칭하는 말이다. 이를 줄여서 철광(鐵鑛)이라고 부르기도 한다. 자철석, 적철석, 갈철석 등을 두루 일컫는 말이기도 하다. 때로는 능철석도 일컫는다.

자원과 분포

철광석 자원은 러시아, 중국(안산, 다예), 미국(메사비), 인도(비하르, 오리사 주), 오스트레일리아(마운트뉴먼), 스웨덴(키루나), 프랑스(로렌), 브라질 등에 분포되어 있다.

최대 생산국과 최대 소비국은 중국이다.

제철 과정

산화철 형태로 채굴된 철광석에서 순수한 철을 뽑아 사용하려면 산화철을 환원시켜야 한다. 따라서 용광로에 코크스와 산화철과 석회석을 넣고 용광로 내로 강한 열풍을 가해 준다.

그러면 곧 환원제로 작용할 코크스가 산화되고

$\mathrm {2C+O_{2}\ \to \ 2CO}$

불순물(규소)를 제거하게 될 석회석이 열분해되어 생석회를 만든다.

$\mathrm {CaCO_{3}\ \to \ CaO+CO_{2}}$

다음으로 CO가 산화되며 철을 환원시킨다.

${\begin{aligned}\mathrm {3Fe_{2}O_{3}+CO} &\to &\mathrm {2Fe_{3}O_{4}+CO_{2}} \\\mathrm {Fe_{3}O_{4}+CO} &\to &\mathrm {3FeO+CO_{2}} \\\mathrm {FeO+CO} &\to &\mathrm {Fe+CO_{2}} \end{aligned}}$

또, 생석회가 산화철에 붙어있던 규소를 슬래그(slag)형태로 가라앉힌다.(규소가 함유되면 철의 강도가 떨어진다.)

$\mathrm {CaO+SiO_{2}\ \to \ CaSiO_{3}}$

생성된 $\mathrm {CO_{2}}$는 방출되고, 순수한 선철(Fe)과 슬래그가 빠져나온다.(밀도는 슬래그<선철이므로 쉽게 분리할 수 있다.)