철광석

Iron ore
헤마이트: 브라질 광산의 주요 철광석.
이와 같은 철광석 펠릿의 비축량은 철강 생산에 사용됩니다.
오하이오 톨레도에 있는 부두에서 철광석 하역 중

철광석은[1] 금속 철을 경제적으로 추출할 수 있는 암석과 광물이다.이 광석들은 보통 산화철을 풍부하게 함유하고 있으며 어두운 회색, 밝은 노란색 또는 짙은 보라색에서 녹슨 빨간색까지 다양한 색을 띤다.철은 보통 마그네타이트(FeO
3
4, 72.4%Fe), 헤마타이트(FeO
2
3, 69.9%Fe), 괴타이트(FeO(OH), 62.9%Fe), 리모나이트(FeO(OH)·n(HO2, 55%Fe) 또는 사이더(FeCO3, 48%)의 형태로 발견된다.

매우 많은 양의 헤마타이트 또는 마그네타이트(약 60% 이상의 철)를 포함하는 광석은 "천연광석" 또는 "직송광석"으로 알려져 있으며, 이는 제철 용광로에 직접 공급될 수 있음을 의미합니다.철광석은 철강을 만드는 주요 원료 중 하나인 선철을 만드는 데 사용되는 원료입니다. 채굴된 철광석의 98%가 [2]철강을 만드는 데 사용됩니다.2011년 파이낸셜타임스는 바클레이스 캐피탈의 광산 분석가 크리스토퍼 라페미나의 말을 인용해 철광석이 석유를 제외한 [3]다른 어떤 상품보다 세계 경제에 필수적이라고 평가했다.

원천

금속 철은 운석의 철-니켈 합금과 매우 희귀한 형태의 깊은 맨틀 이종석을 제외하고는 지구 표면에 거의 알려져 있지 않습니다.어떤 철 운석들은 직경 1,000km 이상의[4] 부착 물체에서 유래된 것으로 생각됩니다 철의 기원은 궁극적으로 별에서 핵융합을 통해 형성되며 철의 대부분은 초신성으로 [5]붕괴하거나 폭발할 정도로 충분히 큰 죽어가는 별에서 유래된 것으로 생각됩니다.철은 지각에서 네 번째로 풍부한 원소이며, 약 5%를 구성하지만, 대부분은 규산염 또는 드물게 탄산염 광물에 결합되어 있습니다(자세한 내용은 철 순환 참조).이러한 광물에서 순수한 철을 분리하는 열역학 장벽은 만만치 않고 에너지 집약적입니다. 따라서 인간 산업에서 사용되는 철의 모든 공급원은 비교적 희귀한 산화철 광물, 주로 헤마타이트를 이용합니다.

산업 혁명 이전에, 대부분의 철은 미국 독립 전쟁이나 나폴레옹 전쟁 때처럼 널리 이용 가능한 괴석이나 늪 광석에서 얻었어요.선사시대 사회는 철광석의 공급원으로 라테라이트를 사용했다.역사적으로 산업사회에서 사용되는 철광석의 대부분은 70% Fe 등급의 헤마이트 광상으로부터 채굴되었다.이러한 퇴적물은 일반적으로 "직송 광석" 또는 "천연 광석"이라고 불립니다.철광석 수요의 증가와 미국의 고급 헤마타이트 광석의 고갈은 제2차 세계대전 이후 주로 자철광과 타코나이트를 이용한 저급 철광원의 개발로 이어졌다.

철광석 채굴 방법은 채굴되는 광석의 종류에 따라 다르다.철광석에는 광물학과 광상의 지질학에 따라 현재 네 가지 주요 유형의 철광석 광상이 있다.이것들은 자철광, 티탄자석, 거대한 헤마타이트, 그리고 물고기 철석 퇴적물입니다.

띠 철제 포메이션

주요 기사: 띠철 형성
띠 모양의 철제 형성을 보여주는 21억 년 된 암석.
제강업계에서 사용되는 붉은색 표면 산화를 가진 가공된 타코나이트 펠릿으로, 미국 쿼터(직경: 24mm[0.94인치])가 눈금으로 표시됩니다.

띠철 생성물(BIF)은 주로 얇은 철광물과 실리카(석영)로 구성된 15% 이상의 철을 포함하는 퇴적암입니다.띠철 층은 선캄브리아 암석에서만 발생하며, 일반적으로 약하게 또는 강하게 변형됩니다.띠철은 탄산염(사이더라이트 또는 앵커라이트) 또는 규산염(미네소타이트, 그린알라이트 또는 그루네라이트)에 철을 포함할 수 있지만 철광으로 채굴된 철광석에서는 산화물([6]자석 또는 헤마타이트)이 주요 철광물이다.줄무늬 철제 층은 북미에서는 타코나이트로 알려져 있다.

광산은 엄청난 양의 광석과 폐기물을 운반하는 것을 포함한다.폐기물은 두 가지 형태가 있습니다: 광산의 비-오레 암반(과밀 또는 매설)과 광석 자체의 본질적인 부분인 원치 않는 광물(gangue)입니다.멀록은 채굴되어 폐기물 처리장에 쌓이고, 갱도는 수혜 과정에서 분리되어 미행으로 제거된다.타코나이트는 화학적으로 불활성인 광물 석영입니다.이 물질은 조절된 대형 침하 연못에 저장된다.

마그네타이트 광석

경제성이 높은 자철광의 주요 매개변수는 자철의 결정성, 띠 모양의 철 형성 숙주암 내 철의 등급 및 자철광 농축물 내에 존재하는 오염 물질 원소입니다.대부분의 자철 자원의 크기와 스트립 비율은 상관없다. 왜냐하면 띠 모양의 철은 두께가 수백 미터이고, 파업에 따라 수백 킬로미터까지 확장될 수 있고, 30억 톤 이상의 광석이 쉽게 함유될 수 있기 때문이다.

마그네타이트를 가진 띠철의 형성이 경제적이 되는 일반적인 철 등급은 약 25%의 철이며, 이는 일반적으로 중량 기준 자철의 33~40%를 회수하여 중량 기준 64%를 초과하는 농축물 등급의 철을 생성할 수 있습니다.일반적인 마그네타이트 철광석 농축액은 인 0.1%, 실리카 3-7%, 알루미늄 3% 미만입니다.

현재 마그네타이트 철광석은 미국 미네소타와 미시간, 캐나다 동부, 스웨덴 [7]북부에서 채굴되고 있다.자철광은 현재 아시아에 대량으로 수출되는 브라질에서 광범위하게 채굴되고 있으며 호주에는 초기 대형 자철광석 산업이 있다.

직송(헤마타이트) 광석

직송 철광석(DSO) 퇴적물(일반적으로 헤마타이트로 구성됨)은 현재 남극 대륙을 제외한 모든 대륙에서 개발되고 있으며, 남미, 호주 및 아시아에서 가장 높은 강도를 보이고 있습니다.대부분의 큰 헤마이트 철광석 퇴적물은 변화된 띠 철의 형성과 거의 화성 축적에서 비롯된다.

DSO 퇴적물은 일반적으로 마그네타이트를 함유한 BIF나 그 주원암 또는 원석암을 형성하는 다른 암석보다 희귀하지만 철분 함량이 높기 때문에 채굴 및 가공 비용이 상당히 저렴합니다.그러나 DSO 광석은 상당히 높은 패널티 요소를 포함할 수 있으며, 일반적으로 인, 수분 함량(특히 피솔라이트 퇴적물 축적) 및 알루미늄(피솔라이트 내 점토)이 더 높다.수출용 DSO 광석은 일반적으로 62~64% Fe [8]범위에 있다.

마그마 자철광상

때때로 화강암과 초초기 화성암은 자철석 결정을 분리하여 경제 [9]집중에 적합한 자철석 덩어리를 형성합니다.몇몇 철광석 퇴적물, 특히 칠레에서는 마그네타이트 [10]페노크리스토의 상당한 축적을 포함하는 화산 흐름에서 형성된다.아타카마 사막에 있는 칠레 자철광의 퇴적물도 이러한 화산 형성으로 이어지는 하천에 자철광의 충적 축적을 형성했다.

일부 마그네타이트 스카른 및 열수성 광상은 과거에 거의 혜택을 필요로 하지 않는 고급 철광석 광상으로 가공되었다.말레이시아와 인도네시아에는 이러한 종류의 화강암과 관련된 퇴적물이 몇 개 있다.

마그네타이트 철광의 다른 공급원에는 오피올라이트 초박형 전단에 의해 형성된 태즈메이니아 새비지 리버와 같은 대규모 마그네타이트 광석의 변성 축적이 있다.

철광석의 또 다른, 사소한 원천은 바나듐과 함께 전형적인 티타늄을 함유한 마그네타이트를 포함하는 층상 침입에 마그마가 축적되는 것입니다.이 광석들은 철, 티타늄, 바나듐을 회수하기 위해 사용되는 특수 제련소와 함께 틈새 시장을 형성하고 있습니다.이러한 광석은 기본적으로 띠철 형성 광석과 유사하지만, 일반적으로 파쇄 및 선별을 통해 더 쉽게 업그레이드됩니다.전형적인 티탄 자석 농축물은 57% Fe, 12% Ti, 0.5% [citation needed]VO
2
5 등급입니다.

광산 미행렬

1톤의 철광석 농축물이 생산될 때마다 약 2.5-3.0톤의 철광석이 배출된다.통계에 따르면 매년 1억 3천만 톤의 철광석이 배출된다.예를 들어, 광산 테일링에 평균 약 11%의 철이 함유되어 [11]있다면 연간 약 141만 톤의 철이 낭비될 것입니다.또한 구리, 니켈, [12]코발트와 같은 다른 유용한 금속도 많이 함유되어 있으며 포장재나 필러와 같은 도로 건설 자재와 시멘트, 저급 유리,[11][13][14] 벽재 등의 건축 자재에 사용될 수 있습니다.채광은 비교적 낮은 등급의 광석이지만 채굴할 필요가 없기 때문에 채광 비용도 저렴하다.이 때문에 마그네이션 등에서는 철광석 미끄럼을 금속 [11]철의 공급원으로 하는 매립 사업을 시작했다.

철광석에서 철을 재활용하는 두 가지 주요 방법은 자화 로스팅과 직접 환원입니다.자화 로스팅은 700~900°C의 온도를 1시간 미만으로 사용하여 철 제련에 사용할 철 농축액(FeO34)을 생성합니다.자화 로스팅은 [11][15]자성이 낮아 분리하기 어렵기 때문에 산화 및 FeO23 형성을 방지하기 위한 환원 분위기를 갖는 것이 중요합니다.직접 감소는 1000°C 이상의 고온과 2-5시간의 더 긴 시간을 사용합니다.직접 환원법은 제강용 스펀지 철(Fe) 제조에 사용된다.직접 감소는 온도가 높고 시간이 길기 때문에 더 많은 에너지가 필요하며 자화 [11][16][17]로스팅보다 더 많은 환원제가 필요합니다.

추출.

다음 항목도 참조하십시오.철광석 채굴의 광물가공과 환경영향

저급 철광석 공급원은 일반적으로 광석의 농도를 개선하고 불순물을 제거하기 위해 파쇄, 제분, 중력 또는 중매체 분리, 선별, 실리카 거품 부유와 같은 기술을 사용하여 혜택을 필요로 한다.그 결과, 고품질 고운 광석 가루들은 벌금이라고 알려져 있다.

마그네타이트

마그네타이트는 자성을 띠기 때문에 갱구광물과 쉽게 분리되며 매우 낮은 불순물 농도의 고급 농축액을 제조할 수 있다.

마그네타이트의 입자 크기와 실리카 지반 질량과 혼합하는 정도에 따라 고순도 마그네타이트 농축액을 제공하기 위해 효율적인 자기 분리를 위해 바위가 분쇄되어야 하는 연삭 크기가 결정됩니다.이는 밀링 작업을 실행하는 데 필요한 에너지 입력을 결정합니다.

띠철의 채굴에는 거친 파쇄와 스크리닝이 수반되며, 이어서 거친 파쇄와 미세 분쇄가 수반되어 결정화된 자철과 석영이 자기 분리기 아래를 통과할 때 석영이 남을 정도로 미세하게 분쇄된다.

일반적으로 저실리카 마그네타이트 농축액을 생성하기 위해서는 대부분의 마그네타이트 띠 철 형성 퇴적물을 32~45마이크로미터로 분쇄해야 합니다.마그네타이트 농축액 등급은 일반적으로 중량 기준 철이 70%를 초과하며 일반적으로 저인, 저알루미늄, 저티타늄 및 저실리카이며 프리미엄 가격을 요구합니다.

헤마타이트

관련된 규산염 간구에 비해 헤마이트의 밀도가 높기 때문에 헤마이트의 수혜는 일반적으로 수혜 기술의 조합을 수반한다.

한 가지 방법은 미세하게 분쇄된 광석을 마그네타이트 또는 그 밀도를 증가시키는 페로실리콘과 같은 다른 물질을 함유한 슬러리 위에 통과시키는 것입니다.슬러리의 농도가 적절히 보정되면 헤마이트가 가라앉고 규산염 광물 조각이 부유하여 [18]제거할 수 있습니다.

생산과 소비

보다 포괄적인 목록은 철광석 생산별 국가 목록을 참조하십시오.
추출된 철광석 등급의 다른 국가(캐나다, 중국, 호주, 브라질, 미국, 스웨덴, 소련-러시아, 세계)에서의 진화.최근 세계 광석 등급의 하락은 저급 중국산 광석의 대량 소비 때문이다.미국산 광석은 [19]판매되기 전에 61%에서 64%로 업그레이드된다.
2015년 사용[20] 가능한 철광석 생산량(백만 미터톤 단위) 중국의 광산 생산량은 [21]다른 국가에 보고된 사용 가능한 광석이 아닌 중국 통계국의 원유 광석 통계에서 추정한다.
나라 생산.
호주. 817
브라질 397
중국 375*
인도 156
러시아 101
남아프리카 공화국 73
우크라이나 67
미국 46
캐나다 46
이란 27
스웨덴 25
카자흐스탄 21
기타 국가 132
토탈 월드 2,280

철은 세계에서 가장 일반적으로 사용되는 금속-철로, 철광석이 주요 성분으로,[3] 연간 사용되는 모든 금속의 거의 95%를 차지합니다.그것은 주로 구조물, 선박, 자동차, 기계 등에 사용된다.

철분이 풍부한 암석은 세계적으로 흔하지만 광석급 상업 채굴은 이 표에 나와 있는 국가들이 주도하고 있다.철광석 퇴적물의 경제적 주요 제약은 퇴적물의 등급이나 크기일 필요는 없다. 왜냐하면 암석의 충분한 톤수가 지질학적으로 증명되는 것은 특별히 어렵지 않기 때문이다.주요 제약사항은 철광석의 시장 대비 위치, 철광석을 시장에 출시하기 위한 철도 인프라 비용 및 이를 위해 필요한 에너지 비용입니다.

철광석 채굴은 철의 가치가 [22]비금속보다 현저히 낮기 때문에 대량으로 이윤이 적은 사업이다.그것은 매우 자본 집약적이며 광산에서 화물선으로 [22]광석을 운반하기 위해 철도 같은 인프라에 상당한 투자가 필요합니다.이러한 이유로 철광석 생산은 몇몇 주요 업체들의 손에 집중되어 있다.

세계 생산량은 연간 평균 20억 미터 톤의 원광석이다.세계 최대의 철광석 생산국은 브라질 광산회사 베일이며, 호주 기업 리오 틴토 그룹과 BHP가 그 뒤를 잇고 있다.호주의 또 다른 공급업체인 Fortescue Metals Group Ltd는 호주의 생산량을 세계 1위로 끌어올리는 데 일조했다.

2004년 [22]철광석, 즉 다른 나라로 수송되는 철광석의 해상 거래량은 8억4900만 톤이었다.호주와 브라질은 해상 무역을 지배하고 있으며,[22] 시장의 72%를 차지하고 있다.BHP, 리오 및 베일은 [22]이 시장의 66%를 점유하고 있습니다.

호주에서 철광석은 세 가지 주요 공급원으로부터 얻어진다.피솔라이트 "채널 철광상" 광상은 일차 띠철 층의 기계적 침식에 의해 파생되어 서호주 판나위니카와 같은 충적수로에 축적된다.그리고 뉴먼, 치체스터 산맥과 같은 주요 메타소매틱하게 변형된 띠철 층과 관련된 광상입니다.웨스턴오스트레일리아의 해머슬리 산맥과 쿨야노빙.산화철 하드캡과 같은 다른 종류의 광석들이 [when?]최근에 표면화되고 있는데, 예를 들어 서호주 아길 호수 근처에 있는 라테라이트 철광석 광상이 그것이다.

인도의 철광석 총 매장량은 헤마타이트 약 960만2000t, 마그네타이트 [23]약 340만8000t이다.차티스가르, 마디프라데시, 카르나타카, 자르칸드, 오디샤, 고아, 마하라슈트라, 안드라프라데시, 케랄라, 라자스탄, 타밀나두는 인도의 주요 철광석 생산국이다.세계 철광석 소비는 연평균[citation needed] 10%씩 증가하고 있으며 주요 소비국은 중국, 일본, 한국, 미국, 유럽연합이다.

중국은 현재 철광석의 최대 소비국이며, 철광석은 세계 최대 철강 생산국이다.또한 [22]2004년 철광석 해상 무역의 52%를 사들인 최대 수입국이다.중국 다음으로 일본과 한국이 많은 양의 철광석과 야금탄을 소비하고 있다.2006년에 중국은 5억 8800만 톤의 철광석을 생산했고, 연간 38%의 성장률을 보였다.

철광석 시장

지난 40년 동안 철광석 가격은 현물 및 계약 시장을 지배하고 있는 소수의 광부들과 철강업체들 사이의 비공개 협상에서 결정되어 왔다.전통적으로 이들 두 그룹 간에 처음 체결된 거래는 업계의 [3]다른 그룹들이 따라야 할 벤치마크를 설정했습니다.

그러나 최근 몇 년 동안 수요와 공급망 양쪽에서 참가자들이 단기 가격 책정을 요구하면서 이 벤치마크 시스템은 무너지기 시작했습니다.대부분의 다른 상품들은 이미 성숙한 시장 기반 가격 체계를 가지고 있기 때문에, 철광석이 그것을 따르는 것은 자연스러운 일이다.보다 투명한 가격에 대한 시장의 증가하는 요구에 대응하기 위해 전 세계 여러 금융 거래소 및/또는 청산소는 철광석 교환을 제안했습니다.CME 그룹, SGX(싱가포르 거래소), London Clearing House(LCH)Clearnet), NOS Group 및 ICEX(Indian Commodities Exchange)는 모두 철강지수(TSI) 철광석 거래 데이터를 기반으로 클리어 스왑을 제공하고 있다.CME는 TSI 스왑 클리어 외에 Plats 기반 스왑도 제공합니다.ICE(Intercontinental Exchange)는 플래츠 기반의 스왑 클리어 서비스도 제공합니다.스와프 시장은 TSI [24]가격을 중심으로 유동성이 집중되면서 빠르게 성장했습니다.2011년 4월까지 55억 달러 이상의 철광석 스왑이 TSI 가격 기준으로 청산되었습니다.2012년 8월까지 TSI 기준으로 하루에 100만 톤 이상의 스왑 거래가 정기적으로 이루어졌습니다.

비교적 새로운 개발은 스와프 외에 철광석 옵션도 도입했다는 것이다.CME 그룹은 TSI에 대해 작성된 옵션 클리어에 가장 많이 활용되고 있으며, 2012년 8월에는 12,000개 이상의 로트가 공개되었다.

싱가포르 상품거래소(SMX)는 세계 최초로 철광석 선물계약을 개시했다.MBIOI는 업계 관계자의 광범위한 일일 가격 데이터와 중국 독립 철강 컨설팅 회사 및 데이터 공급자인 상하이 스틸홈의 광범위한 철강 생산물 접촉 데이터를 이용한다.중국 [25]전역의 철광석 거래업자와 거래하고 있습니다.선물 거래량은 8개월 [26]만에 월 150만t을 넘어섰다.

이러한 움직임은 2010년 초 세계 3대 철광석 채굴업체(Vale, Rio Tinto 및 BHP)가 40년 간의 벤치마크 연간 [27]가격 책정 전통을 깨고 지수 기반 분기 가격으로 전환한 데 따른 것입니다.

국가별 풍족도

사용 가능한 세계 철광석 자원

철은 지구상에서 가장 풍부한 원소이지만 [28]지각에는 없다.Worldwatch Institute의 Lester Brown은 2006년에 [29]철광석이 연간 2%의 수요 증가를 바탕으로 64년 내에 고갈될 수 있다고 제안했지만, 철광석 매장량은 알려지지 않았다.

호주.

Geoscience Australia는 현재 이 나라의 철 '경제적 실증 자원'이 24기가톤, 즉 240억 [citation needed]톤에 이른다고 계산했다.또 다른 추정에 따르면 호주의 철광석 매장량은 520억t으로 세계 예상 매장량(1700억t)의 30%에 달하며 이 중 웨스턴오스트레일리아가 차지하는 [30]매장량은 280억t이다.현재 서호주 필바라 지역에서 생산되는 생산량은 연간 약 4억3000만 톤으로 증가하고 있다.Gavin Mudd(RMIT 대학)와 Jonathon Law(CSIRO)는 각각 [31]30~50년, 56년 안에 사라질 것으로 예상하고 있다.이러한 2010년 추정치는 저급 철광석의 수요 변화와 채굴 및 회수 기술 개선을 고려하기 위해 지속적인 검토가 필요하다.

미국

2014년 미국의 광산은 5750만 미터톤의 철광석을 생산했으며, 그 가치는 51억 [32]달러로 추산된다.미국의 철광석 채굴은 세계 철광석 생산량의 2%를 차지하는 것으로 추정된다.미국에는 12개의 철광석 광산이 있으며 9개는 노천 갱도이고 3개는 매립 작업이다.2014년에는 [32]펠릿화 공장 10곳, 농축 공장 9곳, 직접 환원 철(DR) 공장 2곳, 철 덩어리 공장 1곳이 가동됐다.미국에서 철광석 채굴의 대부분은 슈피리어 호수 주변의 철광석 광맥에 있다.이러한 철분 범위는 미네소타와 미시간에서 발생하며, 2014년 미국에서 생산된 철광석의 93%를 차지한다.미국 내 9개 광구 중 7개가 미네소타에 있으며, 3개의 미끄럼 매립 작업 중 2개가 있다.다른 두 개의 활성 노천 갱도들은 2016년에 두 개의 갱도 [32]중 하나가 폐쇄된 미시간 주에 위치해 있었다.유타와 앨라배마에도 철광석 광산이 있었지만, 유타의 마지막 철광석 광산은 2014년에[32] 폐쇄되었고 앨라배마의 마지막 철광석 광산은 [33]1975년에 폐쇄되었다.

캐나다

2017년 캐나다 철광석 광산은 농축 펠릿에서 4900만 톤의 철광석과 1360만 톤의 조강을 생산했다.1360만 톤의 철강 중 700만 톤이 수출되었고, 철광석 4310만 톤이 46억 달러의 가치를 수출되었다.수출된 철광석 중 철광석 펠릿은 23억달러,[34] 철광석 농축액은 61.5%였다.캐나다 철광석의 46%는 뉴펀들랜드 래브라도시티에 있는 캐나다 철광석회사에서 생산되며, 2차 광원은 메리리버 광산, 누나부트 [34][35]등이다.

브라질

브라질은 철광석 생산 2위, 호주는 최대 규모다.2015년 브라질은 3억9700만 톤의 철광석을 [32]수출했다.브라질은 2017년 12월 철광석 346,497톤을 수출했으며 2007년 12월부터 2018년 5월까지 월평균 139,[36]299톤을 수출했다.

우크라이나

미국 지질조사국의 2021년 철광석 [37]보고서에 따르면 우크라이나는 2020년 6200만t(2019년 6300만t)의 철광석을 생산해 호주, 브라질, 중국, 인도, 러시아, 남아프리카공화국에 이어 세계 7위의 철광석 생산 중심지로 평가된다.우크라이나의 철광석 생산업체는 다음과 같다.Ferrexpo, Metinvest, ArcelorMittal Kryvyi Rih.

인도

미국 지질조사국(US Geological Survey)의 [37]철광석 2021년 보고서에 따르면 인도는 2020년 철광석 생산량 5900만t(2019년: 5200만t)을 생산해 호주, 브라질, 중국, 러시아, 남아프리카공화국, 우크라이나에 이어 세계 철광석 생산량 7위로 추산된다.

제련

주요 기사: 고로 및 블루머리

철광석은 산소와 철 원자가 서로 결합되어 분자로 구성되어 있다.금속 철로 변환하려면 산소를 제거하기 위해 직접 환원 과정을 거치거나 제련해야 합니다.산소-철 결합은 강하며, 산소에서 철분을 제거하려면 산소에 부착하기 위해 더 강한 원소 결합을 제시해야 합니다.고온에서 탄소-산소 결합의 강도가 철-산소 결합의 강도보다 높기 때문에 탄소를 사용한다.따라서 철광석을 가루로 만들어 코크스와 섞어야 제련 과정에서 연소할 수 있다.

일산화탄소는 철분으로부터 산소를 화학적으로 제거하는 주요 성분이다.따라서 철과 탄소 용련은 CO가 아닌
2 CO를 생성하기 위해 탄소 연소를 촉진하기 위해 산소 결핍(환원) 상태로 유지되어야 한다.

  • 에어 블라스트 및 숯(표준): 2 C + O2 → 2 CO
  • 일산화탄소(CO)가 주요 환원제입니다.
    • 1단계: 3 FeO23 + CO → 2 FeO34 + CO2
    • 스테이지 2: FeO34 + CO → 3 FeO + CO2
    • 3단계: FeO + CO → Fe + CO2
  • 석회석 소성 : CaCO3 → CaO + CO2
  • 플럭스 역할을 하는 석회 : CaO + SiO2 → CaSiO3

트레이스 요소

소량의 원소라도 포함시키면 철 한 묶음이나 제련소의 작동에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.이러한 영향은 좋기도 하고 나쁘기도 하며, 재앙적으로 나쁠 수도 있습니다.일부 화학 물질은 용광로의 효율을 높이기 위해 플럭스와 같이 의도적으로 첨가됩니다.다른 것들은 철을 더 유동적이고 단단하게 하거나 다른 바람직한 품질을 주기 때문에 첨가된다.광석, 연료 및 플럭스의 선택에 따라 슬래그의 거동과 생산된 철의 작동 특성이 결정됩니다.철광석은 철분과 산소만을 함유하고 있는 것이 이상적이다.실제로는 거의 그렇지 않다.일반적으로 철광석에는 현대의 강철에서 흔히 원하지 않는 원소가 다수 포함되어 있습니다.

실리콘

실리카(SiO
2)는 철광석에 거의 항상 존재한다.대부분은 제련 과정에서 슬래그로 제거된다.1,300°C(2,370°F) 이상의 온도에서 일부는 감소하여 철과 합금을 형성합니다.용해로가 뜨거울수록 철에 더 많은 실리콘이 존재합니다.16세기부터 18세기까지 유럽 주철에서 최대 1.5%의 Si가 발견되는 것은 드문 일이 아닙니다.

실리콘의 주요 효과는 회색 철의 형성을 촉진하는 것이다.회색 다리미는 흰색 다리미보다 잘 부서지지 않고 마무리하기가 쉽습니다.이러한 이유로 캐스팅 용도로 선호됩니다.Turner(1900, 페이지 192–197)는 실리콘이 수축과 분무공 형성을 감소시켜 불량 주조물의 수를 감소시킨다고 보고했습니다.

인

인(P)은 철에 네 가지 주요 영향을 미칩니다: 경도와 강도 증가, 고형 온도 감소, 유동성 증가, 그리고 냉간 쇼트입니다.이러한 효과는 다리미 사용에 따라 좋거나 나쁘거나 둘 중 하나입니다.보그 광석은 종종 인 함량이 높다.(Gordon 1996, 57페이지)

철의 강도와 경도는 인의 농도에 따라 높아집니다.연철의 인은 0.05%로 중탄소강만큼 단단합니다.고인철은 차가운 망치로 경화시킬 수도 있다.경화 효과는 인의 농도에 대해 모두 해당됩니다.인이 많을수록 철은 단단해지고 망치로 더 단단해질 수 있다.현대의 철강 제조업체는 인 레벨을 0.07~0.12%로 유지함으로써 내충격성을 희생하지 않고 최대 30%까지 경도를 높일 수 있습니다.또한 담금질에 의한 경화 깊이를 증가시키지만, 동시에 고온에서 철의 탄소 용해도를 감소시킨다.이는 탄소 흡수 속도와 양이 최우선 고려 사항인 블리스터 강철(침착)을 만들 때 유용성을 감소시킬 것이다.

인의 첨가에는 단면이 있다.0.2% 이상의 농도에서 철은 저온에서 점점 더 차가워지고 약해집니다.콜드 쇼트는 바 아이언에 특히 중요합니다.바 다리미는 보통 고온 가공되지만, 사용법은[example needed] 종종 견고하고 구부릴 수 있으며 실온에서의 충격에 대한 내성을 필요로 합니다.망치로 때리면 산산조각 나는 못이나 바위에 부딪혀 부러진 바퀴는 잘 [citation needed]팔리지 않는다.충분한 농도의 인은 철분을 사용할 수 없게 만든다.(Rostoker & Bronson 1990, 페이지 22) 냉간 쇼트 효과는 온도에 따라 확대됩니다.따라서 여름에 완벽하게 사용할 수 있는 쇠 조각은 겨울에 극도로 부서질 수 있습니다.중세시대에는 매우 부유한 사람들이 여름에는 고인검을, 겨울에는 저인검을 가지고 있었을 것이라는 증거가 있다.(루스토커 & Bronson 1990, 22페이지)

인을 세심하게 관리하면 주조 작업에 큰 도움이 될 수 있습니다.인은 리퀴더스 온도를 낮추어 철을 더 오랫동안 녹여 있게 하고 유동성을 증가시킨다.1%를 더하면 쇳물이 흐르는 거리를 두 배로 늘릴 수 있습니다.(Rostoker & Bronson 1990, 22페이지)최대 효과 약 500°C는 10.2%의 농도에서 달성된다(Rostocker & Bronson 1990, 194). 오류: 없음: 1990주조 공장 작업에서 Turner(Turner 1900)는 이상적인 철이 0.2~0.55%의 인을 함유하고 있다고 느꼈습니다.그 결과 철은 빈 공간을 줄이고 수축도 줄였습니다.19세기에 일부 장식 주철 생산자들은 5%의 인을 가진 철을 사용했다.극도의 유동성 덕분에 매우 복잡하고 섬세한 주물을 만들 수 있었습니다.그러나 그들은 힘이 없어서 무게를 지탱할 수 없었다.(터너 1900, 페이지 202–204).

고인철에는 두 가지[according to whom?] 치료법이 있다.가장 오래되고 쉽고 저렴한 것은 회피입니다.만약 그 광석이 생산한 철분이 차갑게 부족했다면, 사람들은 새로운 철광석 공급원을 찾을 것이다.두 번째 방법은 산화철을 첨가하여 피닝 공정에서 인을 산화시키는 것입니다.이 기술은 보통 19세기에 웅덩이와 관련이 있으며 이전에는 이해되지 않았을 수 있습니다.예를 들어, 말보로 철공소의 소유주인 아이작 제인(Isaac Zane)은 1772년에 그것에 대해 알지 못한 것으로 보인다.제인은 최신 발전에 뒤지지 않는다는 명성에[according to whom?] 비춰볼 때, 버지니아와 펜실베니아 철인에게는 아마도 이 기술이 알려지지 않았을 것이다.

인은 0.6%에 불과한 농도에서도 강철을 취약하게 만들기 때문에 일반적으로 유해 오염 물질로 간주됩니다.길크리스트가...토마스 공정은 1870년대에 주철에서 많은 양의 원소를 제거하는 것을 허락했는데, 그 당시 유럽 대륙에서 채굴된 철광석의 대부분이 인이었기 때문에 그것은 주요한 발전이었다.그러나 플럭스 또는 제련으로 모든 오염 물질을 제거하는 것은 복잡하며, 따라서 바람직한 철광석은 일반적으로 인 함량이 낮아야 합니다.

알루미늄

소량의 알루미늄(Al)이 철광석, 모래 및 일부 리미스톤을 포함한 많은 광석에 존재한다.전자는 제련 전에 광석을 세척하면 제거할 수 있다.벽돌 라이닝 용해로가 도입되기 전까지 알루미늄 오염량은 철이나 슬래그에 영향을 미치지 않을 정도로 적었습니다.그러나 용광로 내부와 난로에 벽돌을 사용하기 시작하면서 알루미늄 오염량이 급격히 증가했습니다.이는 용해로 라이닝이 액체 슬래그에 의해 침식되었기 때문입니다.

알루미늄은 감소하기 어렵습니다.따라서 철의 알루미늄 오염은 문제가 되지 않습니다.그러나 슬래그의 점도를 높입니다.Kato & Minowa 1969, 페이지 37 : (Rosenqvist 1983, 페이지 311 이것은 용해로 운영에 많은 악영향을 미칠 것입니다.슬래그가 두꺼우면 전하 강하가 느려져 프로세스가 길어집니다.또한 알루미늄이 높으면 액체 슬래그 제거가 더욱 어려워집니다.극단적으로 이는 냉동로(freeze freeze)로 이어질 수 있습니다.

고알루미늄 슬래그에는 여러 가지 해결책이 있습니다.첫 번째는 회피입니다. 알루미늄 함량이 높은 광석이나 석회 소스를 사용하지 마십시오.라임 플럭스의 비율을 높이면 점도가 낮아집니다.(Rosenqvist 1983, 311페이지

유황

유황(S)은 석탄에서 자주 발생하는 오염 물질이다.또한 소량의 광석도 존재하지만 소성하여 제거할 수 있습니다.유황은 철제련 시 온도에서 액체 및 고체 철에 쉽게 용해된다.소량의 유황이라도 영향은 즉각적이고 심각하다.그것들은 제철업자들에 의해 만들어진 최초의 것들 중 하나였다.유황은 철분을 빨갛게 하거나 뜨겁게 단락시킨다.(Gordon 1996, 7페이지)

뜨겁고 짧은 다리미는 뜨거울 때 부서지기 쉽다.17세기와 18세기에 사용된 대부분의 철이 막대기 또는 단철이었기 때문에 이것은 심각한 문제였다.연철은 뜨거울 때 망치로 여러 번 쳐서 모양을 만든다.뜨겁고 짧은 쇳조각은 망치로 작업하면 금이 간다.뜨거운 쇳조각이나 강철조각이 갈라지면 노출된 표면이 즉시 산화된다.이 산화물 층은 용접으로 균열의 수선을 방지한다.큰 균열은 철이나 강철이 부서지는 원인이 된다.작은 균열은 사용 중 물체에 손상을 줄 수 있습니다.고온 단락의 정도는 존재하는 유황의 양에 정비례합니다.오늘날 0.03% 이상의 유황을 가진 철은 피한다.

뜨겁고 짧은 다리미는 가공할 수 있지만, 낮은 온도에서 가공해야 합니다.낮은 온도에서 작업하는 것은 대장장이나 단조공의 육체적 노력이 더 필요하다.같은 결과를 얻으려면 금속을 더 자주 그리고 더 세게 쳐야 합니다.약한 유황 오염 바는 작동할 수 있지만, 상당한 시간과 노력이 필요합니다.

주철에서 유황은 백철의 형성을 촉진한다.0.5%만이 느린 냉각과 높은 실리콘 함량의 영향을 상쇄할 수 있습니다.(Rostoker & Bronson 1990, 페이지 21) 흰색 주철은 더 잘 부서지지만 더 단단합니다.석탄과 코크스로 만든 0.57%의 고황 주철을 종과 차임 제조에 사용한 중국 이외에는 작업이 어렵기 때문에 일반적으로 피한다.(Rostoker, Bronson & Dvorak 1984, 페이지 760) Turner(1900, 페이지 200)에 따르면 좋은 주조철은 0.15% 미만의 유황을 함유해야 합니다.다른 나라에서는 고황 주철을 주물 제작에 사용할 수 있지만, 불량한 연철을 만들 수 있습니다.

유황 오염에는 많은 치료법이 있다.첫 번째, 그리고 역사적, 선사시대 작업에서 가장 많이 사용된 것은 회피입니다.석탄은 황을 함유하고 있어 뜨겁고 짧은 철을 유발하기 때문에 (중국과 달리) 유럽에서는 제련 연료로 사용되지 않았다.만약 광석이 뜨겁고 짧은 금속을 낳는다면, 철기 장인들은 다른 광석을 찾아다녔다.광물 석탄이 1709년(또는 그보다 더 이른) 유럽 용광로에 처음 사용되었을 때, 석탄은 코킹되었습니다.1829년부터 열풍이 불면서 비로소 석탄이 사용되었습니다.

광석 로스팅

유황은 구워서 씻음으로써 광석에서 제거될 수 있다.로스팅은 황을 산화시켜 이산화황(SO2)을 형성하고, 이산화황은 대기 중으로 빠져나가거나 씻겨 나갈 수 있습니다.따뜻한 기후에서는 황철광석을 빗속에 방치할 수 있다.비, 박테리아, 그리고 열의 결합 작용은 황화물을 수용성이고 침출된 황산과 황산염으로 산화시킵니다.(터너 1900, 페이지 77) 그러나 역사적으로 (적어도) 황화철(철황철 FeS
2)은 일반적인 철광물이지만 철금속 제조를 위한 광석으로 사용되지 않았다.자연 풍화법은 스웨덴에서도 사용되었다.지질학적 속도로 동일한 과정이 고산 리모나이트 광석을 생성한다.

낮은 유황 철에 부가된 중요성은 16세기부터 18세기까지 스웨덴, 러시아, 스페인의 철에 대한 가격이 꾸준히 높은 것에서 증명된다.오늘날 유황은 더 이상 문제가 되지 않는다.현대의 치료법은 망간을 첨가하는 것이다.하지만 철을 중화시키려면 최소한 5배 이상의 망간을 첨가해야 하기 때문에 철에 황이 얼마나 들어있는지 운영자는 알아야 한다.몇몇 역사적인 다리미들은 망간 수치를 나타내지만, 대부분은 유황을 중화시키는 데 필요한 수준보다 훨씬 낮습니다.(루스토커 & Bronson 1990, 21페이지)

황화망간(MnS)으로서의 황화물 함유도 AISI 304강과 [38][39]같은 저급 스테인리스강의 심각한 피팅 부식 문제의 원인이 될 수 있다.산화 조건 및 수분이 있는 상태에서 황화물이 산화하면 중간종으로 티오황산 음이온이 생성되며 티오황산 음이온은 이중 음전하로 염화 음이온보다 등가 전기이동성이 높기 때문에 피트 [40]성장을 촉진한다.실제로, 피트 내의 양극 영역에서 Fe 산화에 의해 용액에서 방출되는 Fe 양이온에 의해2+ 발생하는 양전하는 모세관 피트의 음이온 이동에 의해 발생하는 음전하에 의해 신속하게 보상/중화되어야 한다.캐피럴리 피트에서 발생하는 전기화학적 과정 중 일부는 캐피럴리 전기영동에서 발생하는 과정과 동일합니다.음이온 전기 운동학적 이동 속도가 높을수록 퍼팅 부식 속도가 높아집니다.피트 내 이온의 전기운동학적 수송은 피트 성장률의 속도제한 단계가 될 수 있다.

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외부 링크

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