인류문명 철기시대를 개막한 주역 철광석(鐵鑛石, Iron Ore) 표본 천연원석입니다.
철광석 종류 중 적철광(赤鐵鑛, Hematite)으로 주성분은 Fe2O3 입니다.
표면은 자연 상태에서 부분적으로 산화돼 적갈색을 띠고 있으며
황금빛으로 반짝이는 미세한 황철석 결정도 많이 보입니다.
크기는 17.2 X 15.5 X 3.3 cm, 무게는 약 1,200g 입니다.
이렇게 뚜렷한 결정 구조를 가지면서
상태 좋은 철광석 표본은 흔하지 않습니다.
특히, 표면과 광택이 매우 아름답습니다.
적철광 또는 헤마타이트로 불리는 이 원석은
철분(Fe)이 약 70% 정도 함유되어 있습니다.
이러한 철분과 색상 때문에 '혈액'을 상징하는 원석이기도 합니다.
적철광은 착용하는 사람의 에너지 균형을 잘 유지해주고
정신력을 길러주는 의미를 가지고 있으며
무의식을 자극하고 소유자의 잠재력을 이끌어낸다고 합니다.
적철광은 불의 기운과 땅의 기운이 섞여 있는 원석입니다.
보통 이런 원석은 '건강'용으로 많이 사용되는데요.
액막이 부적으로 많이 사용됩니다.
고대인들은 물론 현대의 일부 오지에 사는 원시부족들은
경면주사는 물론 적철광의 붉은색 물감을 신성시하여
얼굴이나 몸에 바르기를 즐기는데요.
자신을 지켜준다는 '액막이 부적' 믿음 때문이라고 합니다.
- 철광석(鐵鑛石, Iron Ore)
철광석은 철(Fe)을 함유하는 광석을 지칭하며
일반적으로 적색이나 회색 계통의 색을 가지며 일부는 금속 광택을 갖습니다.
종류는 적철광(Hematite Fe2O3), 자철광(Magnetite Fe3O4)
갈철광(Limonite Fe2O3ㆍnH2O), 황화철광(PyriteㆍPyrrhotite) 등이 존재합니다.
본래 철은 자연 상태로는 산화물의 형태로 존재하고 있습니다.
철의 원료는 적철광(Fe2O3)이나 자철광(Fe3O4)으로
철이 산소와 결합된 것입니다.
이것은 철의 경우에만 한하는 현상은 아닙니다.
다른 금속도 대부분은 산화물 또는 다른 원소와의 화합물로서 자연에 존재하고 있습니다.
자연에서 산출되는 철광석은 몇 가지 종류가 있는데요.
대부분은 적철광(Hematite)과 자철광(磁鐵鑛, Agnetite) 입니다.
이 중에 대부분을 차지하는 적철광(분자식 Fe2O3)은 자성이 없고
자철광(Fe3O4)만 천연적으로 자력을 가졌습니다.
영구자석은 자철광을 원료로 하여 제조합니다.
· 적철광(赤鐵鑛, Hematite)
주성분은 Fe2O3, 이론적인 철분의 최고치는 69.94% 입니다.
금속 광택 또는 아금속광택을 띠며
강(鋼)회색, 홍적색으로 조흔색은 적갈색이며
자성은 없습니다.
초생 광물로서는 화성암의 부성분 광물로써
또, 고온의 열수광상, 접촉교대광상으로 자철광과 함께 산출됩니다.
그러나 대규모의 적철광상은 퇴적성 입니다.
· 자철광(磁鐵鑛, Agnetite)
자철광은 자성을 띤 검은색 산화철 광물로써
화성암 또는 변성암에 부성분 광물로 함유되어 있습니다.
주성분은 FeO4, 이론적인 Fe의 최고치는 72.4%로 강한 자성을 가집니다.
금속광택 내지 아금속광택을 보이며 색은 흑색, 흑갈색입니다.
산출형태로서는 분화광상, 페그마타이트광상, 접촉교대광상, 열수성광상
해안이나 하천 바닥의 사철광상 등 광범위하게 산출됩니다.
자철을 함유한 띠철 형성이 경제화되는 일반적인 철 등급은 약 25%의 철로
일반적으로 자철을 33~40% 회수하여
64% 이상의 철을 초과하는 농축 등급을 생성할 수 있습니다.
일반적인 자철광 농축액은 인 0.1% 미만, 실리카 3~7% 미만, 알루미늄 3% 미만 입니다.
· 호상철광층(縞狀鐵鑛層, Banded Iron Formation)
호상철광층은 바다속 용해 철 이온이 산소와 반응하여 산화철로 변하여
대량으로 침전한 철광을 말합니다.
15% 이상의 철과 옥, 석영 층으로 이루어져 있으며
얇은 띠 모양이나 겹침층으로 이루어져 있습니다.
호상철광층은 선캄브리아기 암석에서만 발생하며
일반적으로 약하게에서 강하게 변형됩니다.
호상철광층은 탄산염(사철석 또는 앵커라이트)
또는 규산염(미네소타이트, 녹알라이트 또는 그루네라이트)에 철을 포함할 수 있지만
철광석으로 채굴된 것에서는 산화물(자철석 또는 헤마타이트)이 주요 철 광물입니다.
호상철광층은 북미 내에서 타코나이트로 알려져 있습니다.
· 마그마자철광상
화강암과 초고장대 화성암은 때때로 자철석 결정을 분리하고
경제적 집중에 적합한 자철석 덩어리를 형성하는 데 사용되었습니다.
특히 칠레의 몇몇 철광석 퇴적물은
자철석 페노크리스탈이 상당히 축적된 화산 활동으로 형성됐습니다.
아타카마 사막 내의 칠레 자철석 철광석 퇴적물도
이러한 화산 형성으로 이어지는 개울에 자철석의 충적층을 형성했습니다.
철광석 자원은 미국, 러시아, 중국, 인도, 스웨덴, 프랑스
오스트레일리아, 브라질 등에 많이 분포하며
현재 철광 최대 생산국과 최대 소비국은 중국입니다.
- 철기시대(鐵器時代, Iron Age) 인류 문명
선사시대를 석기시대(Stone Age)·청동기시대(Bronze Age)·철기시대(Iron Age) 등으로 나누는데요.
철은 청동기를 잇는 새로운 금속기로
인류가 도시나 국가를 형성한 문명단계에 들어서면서 등장하였습니다.
청동에 비해 철의 원료는 세계 각지에 널리 분포되어 있어서
야철기술(冶鐵技術)만 습득하면 생산이 가능하였습니다.
인류가 철을 최초로 이용한 예는
서기전 4,000년대에 이집트에서 만들어진 철제구슬로 알려져 있습니다.
본격적인 철의 제작은 서아시아의 아나토리아(Anatoria) 지방에서 출현한
히타이트(Hittite)제국(서기전 1450∼1200)에서 시작되었습니다.
히타이트제국이 멸망한 뒤 철은 급속히 사방으로 퍼졌습니다.
대체로 메소포타미아 지방은 서기전 13세기, 이집트는 서기전 12세기
이란은 서기전 10세기, 유럽은 이보다 약간 늦은 서기전 9∼8세기경에서야
철이 보급되었습니다.
서기전 8세기경에는 북방 흑해연안에도 야철기술이 전파되어
이 지방 주민들의 기마유목화(騎馬遊牧化)를 촉진시켜
스키타이(Scythai)문화를 꽃피우게 하였습니다.
스키타이 유목족에 전파된 철기문화는 동방으로 퍼져서
중앙아시아를 거쳐 중국으로 파급되었습니다.
중국에서 인공철은 춘추시대(春秋時代) 말에서 전국시대(戰國時代) 초기에 등장합니다.
전국시대 후반에 들어서면 철기의 보급이 현저하게 진전되었으나
출토유물들은 농공구(農工具)가 주류를 이루고 있습니다.
전국시대 말에서 전한(前漢) 초에 걸쳐서 철의 생산이 급진전되지만
여전히 주조(鑄造)로 된 농공구가 주이고, 무기는 청동제를 사용하였습니다.
전한 말에서 후한(後漢)대에 들어서면서 비로소 강(鋼)이 본격적으로 생산되어
철제 큰칼(大刀)과 같은 무기가 등장하였습니다.
한국 고고학에서 철기시대란 철기가 사용되기 시작한 서기전 300년경부터
삼국이 정립된 서기 300년경까지를 말합니다.
기원전 108년 한나라 무제(武帝)에 의한 낙랑군(樂浪郡)의 설치되면서
중국의 본격적이고 집중적인 철기문화와 동기문화가 들어옴으로써
이 시기부터 철기는 우리나라 전역으로 급속히 전파되었습니다.
금속의 제련 및 주조 기술의 발전을 자극하였고
도끼 · 가래 · 낫 등 철제 농경구와 단검 · 창 · 꺽창을 비롯한 무기류가
전국적으로 생산, 보급되기 시작하였습니다.
- 철광석 제철 과정
제철 과정은 철광석과 원료탄을 고온 고로에서 녹여 쇳물을 생산하는 과정입니다.
산화 환원 상태에 따라 여러 산화철 형태로 채굴된 철광석에서
순수한 철을 추출하여 사용하려면 산화철을 환원시켜야 하는데요.
이러한 과정을 제련이라 하며 원료인 철광석이나 사철로부터
비중이 낮은 불순물인 슬래그(Slag)를 분리하여 쇠를 얻게 됩니다.
이를 위해 용광로에 산화철, 코크스, 석회석을 넣고
용광로 내로 강한 열풍을 가해 줍니다.
철광석은 불순물 함량에 따라 다르지만
일반적으로 500~600도 이상이 되면 환원이 시작되고
1000도 이상의 온도에서 일정시간이 경과하면 철이 녹아서 나옵니다.
이 과정을 좀 더 자세히 살펴보면
코크스가 환원제로 작용하여 산화되고
불순물 (규소)를 제거하게 될 석회석이 열분해되어 생석회를 만듭니다.
다음으로 일산화탄소가 산화되며 철을 환원시키고 이산화탄소로 방출됩니다.
규소가 함유되면 철의 강도가 떨어지기 때문에 생석회를 넣어주는데요.
이 물질은 산화철에 붙어있던 규소를 슬래그(Slag) 형태로 가라앉히는 역할을 합니다.
생성된 이산화탄소는 방출되고, 순수한 선철(Fe)과 슬래그가 빠져나옵니다.
이 과정에서 철의 무거운 밀도차를 이용해 슬래그와 쉽게 분리가 가능합니다.
이러한 과정을 통해 비로소 철이 생산됩니다.
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