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.

현대의 과학·기술로 자원화될 수 있는 철광석은 적(赤)철광, 갈(褐)철광, 자(磁)철광, 능철광 등인데 그 분포는 뚜렷한 편재(偏在)를 보이고 있다. 세계의 주요 철산으로는 미국의 메사비, 에스파냐의 빌바오, 중국의 다예(大治)와 안산(鞍山) ― 이상 적철광, 프랑스의 로렌(강철광), 러시아의 크리보이록, 스웨덴의 키루나(이상 자철광), 영국의 클리블랜드(능철광) 등이 있다. 그 생산고는 매장량에 비례하지 않으면 채굴의 편이나 광맥의 상태, 수송의 난이(難易) 등이 문제가 된다. 이들 철광석을 주원료로 해서 제철을 하려면 코크스용으로 대량의 강점결탄(强粘結炭)이 필요해진다.그래서 제철소는 1) 철광석(철산), 2) 강점결탄(탄전)과 그 판매시장. 3) 소비시장까지의 수송비 문제 등으로 그 입지적 조건이 결정된다. 영국이나 독일, 프랑스 등지의 오래된 제철소는 1), 2)의 조건을 갖춘 것이며 피츠버그, 루르지방, 노부쿠즈네츠크는 탄전 입지이며, 소련의 마그니토고르스크, 프랑스의 로렌 지방, 중국의 안산 등지는 철산입지이며, 최근에 세워진 제철소들은 소비자가 가까워 원료와 제품의 수송이 편리한 임해지대에 입지하는 경향이 있다. 필라델피아, 볼티모어의 제철소는 3)의 범주에 속한다.

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.)