지구의 광물 (1) -철광석

지구의 광물 (1) -철광석

철광석이란 철광석은 지구에서 가장 흔하게 발견되는 광물 중 하나로, 철(Fe)을 함유한 광석을 지칭하는 말입니다. 철은 지구의 지각에서 약 5%를 차지하는 것으로 추정되며, 다양한 산업과 핵심 기술에 필수적인 원료입니다. 철광석은 주로 산화철(Fe2O3)과 휘철광(FeS2)으로 구성되어 있습니다. 철광석은 철강 생산에 필수적인 원료로, 전 세계 철강 생산량의 약 98%가 철광석으로부터 생산됩니다.

철광석의 기원과 발견

1. 광물의 기원

별의 핵융합 반응

우주 초기에는 주로 수소와 헬륨만이 존재하였습니다. 그러나 별이 형성되면서 그 내부에서 엄청난 온도와 압력 속에서 핵융합 반응이 발생하게 됩니다. 이 반응을 통해 무거운 원소들, 예를 들면 철, 니켈 등이 생성됩니다. 별이 죽을 때 이러한 무거운 원소들이 우주 공간에 퍼져나가게 되며, 이는 후에 다른 별들이나 행성이 형성될 때 원료로 사용됩니다.

지구의 화학적 반응

지구의 초기에는 뜨겁고 무거운 물질들이 중심으로 침전하면서 중심부에는 철과 니켈 같은 무거운 원소들이 모여들게 되었습니다. 이러한 과정을 통해 지구의 중심에는 철을 주요 구성 요소로 하는 핵이 형성되었습니다. 지구의 지각에서는 철과 다른 원소들과의 화학적 반응을 통해 다양한 철광석, 예를 들면 헤마타이트나 마그네타이트 같은 광물들이 형성됩니다.

2. 철광석의 발견과 사용

'철광석'이라는 이름은 '철'과 '광석'의 조합에서 비롯되었습니다. '철'은 철의 속성과 그 중요성을 나타내며, '광석'은 광물이나 광산에서 추출되는 물질을 의미합니다. 따라서 철광석은 철을 추출할 수 있는 광석이라는 뜻으로 해석할 수 있습니다.

철의 사용은 고대로 거슬러 올라가며, 그 사용의 증거는 전 세계 곳곳에서 발견되고 있습니다. 고대 이집트에서부터 중국, 인도, 유럽까지, 고대 문명들은 철을 이용하여 다양한 도구와 무기를 제작하였습니다. 그러나 철광석이 '처음'으로 어디서 발견되었는지에 대한 구체적인 기록은 확실하지 않습니다. 이는 철광석이 전 세계적으로 널리 분포되어 있기 때문입니다.

철광석의 물리적, 화학적 특성

철광석의 크게 네가지로 나눌 수 있습니다.

1. 물리적 특성

헤마타이트 (Hematite)

색상: 붉은색, 갈색, 실버 회색, 블루-블랙 등 다양한 색상을 가질 수 있습니다.

광택: 금속광택에서 반금속광택까지 다양합니다.

경도: 모스 경도는 약 5.5~6.5입니다.

비중: 약 4.9~5.3 g/cm³.

특징: 붉은 스트릭(streak, 광물을 거친 돌이나 도자기에 긁어서 남는 색상)을 보입니다.

마그네타이트 (Magnetite)

색상: 검정색 또는 갈색의 색상을 가지고 있습니다.

광택: 금속광택을 나타내고 있습니다.

경도: 모스 경도는 약 5.5~6.5입니다.

비중: 약 5.2 g/cm³.

특징: 강한 자력을 가진다. 또한 검은색 스트릭을 보입니다.

라이머나이트 (Limonite)

색상: 갈색에서 노란색까지의 변화를 보입니다.

광택: 무광택에서 약한 금속광택까지 다양합니다.

경도: 모스 경도는 약 4~5.5입니다.

비중: 약 2.7~4.3 g/cm³.

특징: 갈색의 스트릭을 보입니다.

시더라이트 (Siderite)

색상: 백색, 갈색, 녹색 또는 회색을 나타내고 있습니다

광택: 유리광택을 보입니다.

경도: 모스 경도는 약 3.5~4.5입니다.

비중: 약 3.8 g/cm³.

특징: 백색 또는 회색의 스트릭을 보입니다.

2. 화학적 특성

철광석은 철을 주요 구성 요소로 하는 광물을 말합니다. 여러 종류의 철광석이 있으며, 각각의 광석은 고유의 화학적 특성과 화학식을 가집니다. 다음은 주요 철광석의 화학식과 특성입니다:

헤마타이트 (Hematite)

화학식: \(Fe_2O_3\)

특성: 보통 붉은색이나 갈색의 광물로, 철의 주요 광원 중 하나입니다.

표면은 유광을 띠며, 약 70%의 높은 철 함량을 가지고 있습니다.

마그네타이트 (Magnetite)

화학식: \(Fe_3O_4\)

특성: 자석에 반응하는 철광석으로 검은색이나 갈색의 광물입니다.

철 함량이 약 72%로 높으며, 자연적으로 발생하는 페라이트 자석의 주요 구성 요소입니다.

라이머나이트 (Limonite)

화학식: \(FeO(OH) \cdot nH_2O\)

특성: 갈색이나 노란색의 광물로, 여러 형태의 수화물로 존재합니다.

철의 함량은 30~60%로 헤마타이트나 마그네타이트보다는 낮습니다.

시더라이트 (Siderite)

화학식: \(FeCO_3\)

특성: 백색, 갈색, 녹색 또는 회색의 광물로, 일반적으로 연한 색을 띠며, 철의 함량은 약 48%입니다. 유리 광택을 띠며 다른 광물과 혼합될 때 철광석으로 사용됩니다.

철광석의 주요 용도

철광석은 주로 철강 제조에 사용되며, 전 세계 철강 생산의 약 98%가 철광석을 기반으로 합니다. 또한, 다른 산업, 예를 들면 시멘트, 유리, 도자기 등에서도 널리 사용됩니다.

철광석은 현대 산업과 일상에서 빠질 수 없는 광물입니다. 이 광물은 인류의 기술 발전에 기여했을 뿐만 아니라 경제와 산업의 성장을 주도하는 중요한 원료로 자리 잡았습니다. 

1. 산업 및 기술에서의 활용

강철 생산:

철광석은 주로 철과 강철의 생산 원료로 사용됩니다. 철광석은 고로에서 제련되어 순수한 철로 변환되며, 이 철은 다양한 금속 합금의 주요 성분으로 사용됩니다.

건설:

강철은 다리, 빌딩, 철도, 도로 등 다양한 건설 프로젝트에서 핵심 재료로 활용됩니다. 철광석의 중요성은 이러한 인프라 건설에서 나타납니다.

자동차 및 기계 제조:

강철은 자동차, 기계 및 다양한 장비의 주요 제조 재료로 사용됩니다.

2. 일상생활에서의 활용

가정용품: 철과 강철은 우리 주변의 다양한 가정용품, 예를 들면 조리기구나 가전제품, 가구 등에 활용됩니다.

도구 및 기기: 철광석으로 제작된 강철은 일상의 도구와 기기에서 광범위하게 사용됩니다.

경제적 및 기술적 중요성

철광석은 세계 경제의 성장을 주도하는 중심적인 자원입니다. 많은 국가들이 철광석의 채굴과 수출을 통해 큰 경제적 이익을 얻고 있습니다. 또한 철광석의 활용은 기술 발전을 촉진시키며, 특히 건설과 제조 산업에서 혁신을 주도하고 있습니다. 철광석 없이는 현대의 건설, 교통, 기술 및 일상생활의 많은 부분이 존재하기 어려울 것입니다.

1. 철광석의 경제적 중요성

철광석은 세계 무역에서 중요한 역할을 합니다. 전 세계 철광석 생산량의 약 70%가 수출되고 있으며, 주요 수출국은 호주, 브라질, 중국, 러시아 등입니다. 철광석은 세계 경제의 중요한 성장 동력으로, 철광석의 가격 변동은 세계 경제에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

2. 철광석의 기술적 중요성

철광석은 철강 생산에 필수적인 원료이기 때문에, 철강 생산기술의 발전은 철광석의 중요성을 더욱 높이고 있습니다. 최근에는 고효율의 철강 생산기술이 개발되고 있으며, 이러한 기술의 발전은 철광석의 수요를 증가시킬 것으로 전망됩니다.

전 세계 매장량과 생산

1. 매장량

세계 철광석 매장량역 1,700억 톤으로 추산되며 다음과 같이 분포되어 있습니다.

호주는 세계 최대의 철광석 매장국(480억 톤)으로, 전 세계 매장량의 약 28%를 차지합니다.

브라질은 세계 2위의 철광석 매장국(290억 톤)으로, 전 세계 매장량의 약 17%를 차지합니다.

러시아는 세계 3위의 철광석 매장국(250억 톤)으로, 전 세계 매장량의 약 15%를 차지합니다.

2. 생산과 수요

2019년 자료에 의하면 

철광석 세계 생산량은 2,538,000천 톤으로 이 중 호주가 660,000, 브라질이 320,000, 중국이 210,000의 생산량을 보이고 있습니다. 철광석은 철강 생산에 필수적인 원료로, 세계 경제에서 매우 중요한 자원입니다. 따라서, 철광석의 매장량은 세계 경제의 지속 가능한 발전에 중요한 영향을 미집니다. 최근 몇 년간 중국의 경제 성장과 인도, 동남아시아 등 신흥국의 인프라 투자 확대에 따른 영향으로 인해 철강 수요가 증가하면서 철광석 가격이 상승하였으며 최근에는, 우크라이나 전쟁으로 인해 철광석 공급이 감소하면서 가격이 더욱 상승하였습니다. GlobalData의 전망에 따르면, 세계 철광석 생산량은 2023년부터 2028년까지 연평균 2.6% 증가하여 2028년에는 3억 톤에 이를 것으로 예상됩니다.

 

철광석은 인류 문명의 발전에 중요한 역할을 했습니다. 철광석은 철강 생산에 필수적인 원료로 철강은 자동차, 건축, 기계 등 다양한 산업에서 사용됩니다. 철광석은 인류의 생산력과 생활 수준을 크게 향상했다고 할 수 있습니다. 따라서 철광석의 안정적인 공급은 세계 경제의 지속 가능한 발전에 필수적입니다.