적철광에서 철은 어떻게 추출됩니까?

2025-08-07

철은 일련의 화학적 및 물리적 과정을 통해 고로에서 적철광((Fe₂O₃))에서 추출됩니다.

1. 광석의 농축

추출 전에, 적철광 광석은 모래와 점토와 같은 불순물을 제거하기 위해 농축됩니다. 이는 다음과 같은 과정을 통해 이루어집니다.

• 분쇄 및 분쇄: 광석은 작은 조각으로 분쇄됩니다.
• 중력 분리: 무거운 적철광 입자는 가벼운 불순물에서 분리됩니다.
• 자기 분리: 자성 불순물이 존재하는 경우 제거됩니다.

2. 소성 또는 볶음

농축된 광석은 공기의 존재하에 가열되어 수분과 이산화탄소((CO_2)) 및 이산화황((SO_2))와 같은 휘발성 불순물을 제거합니다:\[2Fe_2O_3 \cdot xH_2O \rightarrow 2Fe_2O_3 + xH_2O \, (기체)\]

이 단계는 용광로에서 광석을 환원시키기 위한 준비 단계입니다.

3. 용광로에서의 환원

철의 추출은 다음 단계가 일어나는 높고 원통형의 구조인 용광로에서 이루어집니다.

a. 원료 투입

• 적철광 ((Fe₂O₃)): 철광석입니다.
• 코크(C): 환원제 및 연료 역할을 합니다.
• 석회석 ((CaCO₃)): 슬래그를 형성하여 불순물을 제거합니다.
• 뜨거운 공기: 높은 온도(약 1900°C)를 유지하기 위해 용광로에 불어넣습니다.

이러한 재료들은 용광로의 맨 위에서 투입됩니다.

b. 화학 반응

주요 반응은 다음과 같습니다.

1. 코크 연소: 코크는 뜨거운 공기 중의 산소와 반응하여 열과 이산화탄소를 생성합니다. \[C + O_2 \rightarrow CO_2\]

2. 일산화탄소 생성: 이산화탄소는 과량의 코크와 반응하여 일산화탄소를 생성합니다. \[CO_2 + C \rightarrow 2CO\]

3. 철광석 환원: 일산화탄소는 적철광을 철로 환원시킵니다. \[Fe_2O_3 + 3CO \rightarrow 2Fe + 3CO_2\] 또는, 고온에서 탄소에 의한 직접 환원도 발생합니다. \[Fe_2O_3 + 3C \rightarrow 2Fe + 3CO\]

슬래그 형성

탄산칼슘(CaCO₃)은 산화칼슘(CaO)과 이산화탄소(CO₂)로 분해됩니다. [CaCO₃ → CaO + CO₂]

산화칼슘(CaO)은 광석 속의 이산화규소(SiO₂)와 다른 불순물과 반응하여 슬래그(CaSiO₃)를 생성합니다. [CaO + SiO₂ → CaSiO₃]

슬래그는 용융철보다 가볍기 때문에 표면에 떠오르고 제거됩니다.

4. 용융철 수집

용융철, 또는 주철이라고도 하는 용융철은 용광로 바닥에 모입니다. 이것은 배출되고 더 가공되어 강철이나 주철로 만들어질 수 있습니다.

반응 요약

1. 연소: ( C + O₂ → CO₂ )
2. 환원: ( Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ )
3. 슬래그 형성: ( CaO + SiO₂ → CaSiO₃ )

5. 최종 정제

얻어진 주철에는 탄소, 규소 및 인과 같은 불순물이 포함되어 있습니다. 이것은 다른 곳에서 정련됩니다. 산소 전기로 또는 전기 아크로 강철을 생산합니다.

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