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철의 제련

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철광석을 코크스와 석회석과 섞어서 용광로에 넣고 아래쪽에서 열풍을 보내면 코크스는 산소와 반응하여 일산화 탄소(CO)가 되고, 이 일산화 탄소가 산화 철(Ⅲ)을 환원시켜 철이 생성된다.

자연계에 있는 철의 대부분은 산화 철()(Fe2O3)과 사산화 삼철(Fe3O4)의 산화물의 형태로 존재하고 있다. 광산에서 캐낸 적철광, 자철광, 갈철광 등의 철광석으로부터 철을 얻기 위해서는 이들 철광석으로부터 산소를 떼어 내는 환원 반응을 거쳐야 한다. 잘게 부순 철광석과 탄소가 주성분인 코크스, 그리고 석회석을 용광로에 넣고 뜨겁게 가열한 공기를 불어 넣으면 철이 환원된다.

용광로 밑의 열풍관을 통해 약 800 ℃로 가열한 공기를 불어 넣으면, 열풍관 가까이에 있는 코크스는 산화 철과 반응하여 불완전한 연소를 일으켜 일산화 탄소가 되는데, 이때 발생하는 연소열로 온도는 2000 ℃까지 올라간다. 이 과정에서 생긴 일산화 탄소가 산화 철에서 산소를 빼앗아 철을 환원시키게 된다.


   Fe2O3    +    3C       2Fe    +    3CO

산화 철() 코크스(탄소)    철     일산화 탄소


일산화 탄소는 용광로 위에 올라가면서 철광석을 가열시켜 반응하기 쉬운 액체 상태로 만든다. 그리고 다시 산화 철과 반응하여 철로 환원시키고, 이산화 탄소가 된다.


   Fe2O3    +    3CO       2Fe    +    3CO2

산화 철()    일산화 탄소       철       이산화 탄소


이 과정을 통해 철광석은 산소를 잃어버리고 액체 상태의 철이 되어, 불순물인 찌꺼기와 함께 아래쪽으로 모이게 된다. 그러나 찌꺼기는 액체 상태의 철 위에 떠 있으므로 철과 찌꺼기를 따로 분리할 수 있다.

뽑아 낸 철을 선철이라고 하는데 선철은 용선차에 쏟아 넣어 제강 공장으로 운반한다. 거기서 탄소나 불순물을 더 제거하여 강철을 만드는 것이다.



확인문제
OX 문제
철의 제련 과정에서 일산화 탄소(CO)는 산화 철()(Fe2O3)을 산화시키고 자신은 환원된다.


정답 확인하기

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석회석의 역할
석회석은 철광석 속에 포함되어 있는 암석과 결합하여 찌꺼기를 만드는데, 이것을 슬래그 또는 용재라고 한다. 슬래그는 철보다 비중이 작기 때문에 쇳물 위에 뜨고, 녹은 철이 산화하는 것을 막아 준다.


참고자료

관련용어

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