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철광석
철광석(鐵鑛石, Iron Ore)은 경제적으로 철을 제조할 수 있는 함철 광물을 뜻한다. 일반적으로 철 (Fe)를 함유하는 광석을 지칭하며 줄여서 철광이라고 부른다. 주로 자철석 (Magnetite Fe3O4), 적철석(Hematite Fe2O3), 갈철석(Limonite Fe2O3ㆍnH2O)의 형태로 분포하며 때로는 능철석 (Siderite)도 이용된다.
개요
철은 클라크수 4위로 지각 질량의 약 5%를 차지한다. 즉 철을 조금이라도 함유하지 않은 돌을 찾기가 더 어려울 정도지만, 실질적으로는 함철량(含鐵量) 50~60%는 되어야 채산성이 있는 것으로 본다. 구체적으로는 함철량 60% 이상은 부광(富鑛), 40% 이하는 빈광(貧鑛)이라 한다. 빈광은 제철원료로 사용되지 않으나 고품위의 광석에 섞어 쓰인다. 그러나 최근 여러 나라에서는 25% 정도의 저품위광이라도 경제적인 효과를 얻을 수 있는 빈광처리법이 발명되어 제철용 철광석으로 이용되고 있다. 황철석·자황철석은 그 속에 함유되어 있는 황 성분에 의하여 황산 제조나 황안비료의 원료가 되며 철광으로서는 거의 사용되지 않는다. 사철(砂鐵)도 철광석으로 사용되는데, 철의 함량이 낮아 경제적 가치는 없고 그 안에 함께 포함되어 있는 타이타늄이나 바나듐 추출을 목적으로 정련(精鍊)되는 경우가 많다.
철광석은 지구의 지각에서 발견되며 노천광산에서 채굴된다.
중국은 세계 제1의 생산국이자 소비국 겸 수입국으로서 13억 미터 톤의 철광석을 생산하여 세계 생산량의 44%를 차지한다. 호주는 세계 2위의 철광석 생산국이며 세계 최대의 부존량을 가지고 있다. 중국의 철광석 자원은 호주나 브라질 등에 비하여 통상 철 함유량이 낮다.
철광석은 용광로를 사용한 철강 생산 과정의 핵심 원료이다. 최초의 용광로 역사는 1세기경 중국에까지 거슬러 올라간다. 내화벽돌을 쌓아 올린 용광로에서는 철 용액을 만들기 위하여 철광석, 석탄, 석회석을 가열한다. 용광로는 한번 가동되면 잠시 동안의 계획에 따른 정비시간 외에는 수년간 계속하여 운전된다. 용광로의 온도는 최고4200 °F (2300 °C)에 달한다.
철강은 또한 철 스크랩을 이용하여 전기아크로를 통하여서도 생산된다. 세계 철강 생산량의 1/3가량은 전기아크로에서 생산된다. 전기아크로에서는 철 스크랩에 탄소전극을 이용하여 전기를 통하게 하여 철을 가열한다. 아크로의 온도는 최대6300ºF (3500ºC)까지 달한다. 미국에서는 철강은 대부분 용광로보다는 전기아크로를 이용하여 생산한다. 전기아크로를 이용한 철강생산은 용광로를 이용한 철강생산에 비하여 재생 철스크랩을 100% 활용할 수 있어 보다 에너지 효율적이고 가동과 중단이 용이하여 수요의 변화에 대응이 쉬운 장점이 있다.
자원과 분포
철광석 자원은 러시아, 중국(안산, 다예), 미국(메사비), 인도(비하르, 오리사 주), 오스트레일리아(마운트뉴먼), 스웨덴(키루나), 프랑스(로렌), 브라질 등에 분포되어 있다.
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
최대 생산국과 최대 소비국은 중국이다.
특징
일반적으로 적색이나 회색 계통의 색을 가지며 일부는 금속 광택을 갖는다.
종류는 적철광(Hematite Fe2O3), 자철광(Magnetite Fe3O4), 갈철광(Limonite Fe2O3ㆍnH2O), 황화철광(PyriteㆍPyrrhotite) 등이 존재한다.
모래의 형태로 되어있는 철 광물은 사철이라고 한다. 그러나 대부분 불순물이 많이 섞여있어서 지금은 잘 쓰이지 않는다.
고대에는 철질 운석, 즉 운철을 사용하기도 했다.
사용
통상적으론 제철 원료로 사용, 고품위 광석에 혼합하거나 안료, 연마제로 사용하기도 하며 황산을 제조하거나 황산 비료를 만드는데 원료가 되기도 하고, 사철도 질이 좋은 경우에는 철광석으로 이용된다.
빈광(貧鑛)은 최근에서야 효과적인 빈광 처리법이 발명되어 여러 나라에서 제철용으로도 사용하기 시작했다.
제철과정
산화 환원 상태에 따라 여러 산화철 형태로 채굴된 철광석에서 순수한 철을 추출하여 사용하려면 산화철을 환원시켜야 한다. 이러한 과정을 제련이라 하며 원료인 철광석이나 사철로부터 비중이 낮은 불순물인 슬래그(Slag)를 분리하여 쇠를 얻는 것이다. 이를 위해 용광로에 산화철, 코크스, 석회석을 넣고 용광로 내로 강한 열풍을 가해 준다. 철광석은 불순물 함량에 따라 다르지만 일반적으로 500~600도 이상이 되면 환원이 시작되고, 1000도 이상의 온도에서 일정시간이 경과하면 철이 녹아 나온다. 이 과정을 좀 더 자세히 살펴보면, 코크스가 환원제로 작용하여 산화되고 불순물 (규소)를 제거하게 될 석회석이 열분해되어 생석회를 만든다. 다음으로 일산화탄소가 산화되며 철을 환원시키고 이산화탄소로 방출된다. 규소가 함유되면 철의 강도가 떨어지기 때문에 생석회를 넣어주어 산화철에 붙어있던 규소를 슬래그(slag)형태로 가라앉히는 역할을 한다. 생성된 이산화탄소는 방출되고, 순수한 선철(Fe)과 슬래그가 빠져나온다. 이 과정에서 철의 무거운 밀도차를 이용해 슬래그와 쉽게 분리가 가능하다.
참고자료
- 〈철광석〉, 《위키백과》
- 〈철광석〉, 《나무위키》
- 〈철광석〉, 《두산백과》
- 〈철금속의 수요와 공급〉, 《GME그룹》
- 21세기경제보도, 〈中, 철광석 가격 3개월간 60% 이상 급등〉, 《한국무역협회》, 2022-03-09
같이 보기
