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소철 (철광상)

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목차

1. 개요

소철은 철 함유 지하수가 표면으로 배출되는 곳에서 형성되는 철광상이다. 낮은 pH와 용존 산소가 낮은 지하수에서 철이 산화되거나 철 박테리아에 의해 농축되어 침전을 유발하여 형성된다. 소철은 늪에서 채취되어 제련 과정을 거쳐 철을 추출하는데 사용되었으며, 유럽에서는 기원전 5세기/4세기부터, 북아메리카에서는 1021년경 바이킹에 의해 사용되었다. 특히 유럽에서는 바이킹 시대에 늪철이 철 생산의 주요 원천이었으며, 북아메리카에서는 식민지 시대에 철광석 채굴이 활발히 이루어졌다.

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소철 (철광상)

2. 형성

늪철은 낮은 pH와 낮은 용존 산소를 가진 철 함유 지하수가 늪으로 운반되면서 형성된다. 이 지하수는 샘, 균열 구조 또는 지하수가 표면 흐름과 만나는 지점을 통해 지표면으로 나온다.[3]

물속의 철은 용존 산소에 의해 산화되거나, 효소 촉매 작용을 통해 철 박테리아(예: ''Thiobacillus ferrooxidans'' 및 ''Thiobacillus thiooxidans'')에 의해 산화된다. 이 박테리아는 생명 활동 과정에서 철을 농축하는 역할을 한다.[4] 철 박테리아의 존재는 물 표면에 나타나는 기름막으로 알 수 있다.[3]

이러한 산화 상태의 변화는 지하수가 흘러나오는 지점 근처에 미세한 입자의 철 고형물이 쌓이게 만든다.[3] 산성 조건에서는 2가 철이 산화되어 괴테나이트, 자철석, 적철석, 슈베르트만나이트, 비정질 철-알루미늄-황산염이 풍부한 고형물 등 다양한 철 광물이 만들어질 수 있다.[4]

광합성을 하는 모든 생물은 산소를 생산하며 철을 수동적으로 산화시키는 역할을 하고, 철이 달라붙거나 결합할 수 있는 표면을 제공하기도 한다.[4] 이 때문에 물속 식물 표면에는 식물이 내뿜는 산소 주변으로 밝은 주황색의 수산화철 응집이 두껍게 쌓이기도 한다.[4]

늪철의 형성과 성장, 지속성에는 지역의 지질, 모암 광물학, 지하수의 성분, 그리고 지구화학적으로 활발한 미생물과 식물 등 다양한 요인이 영향을 미친다.[4] 늪철은 재생 가능한 자원으로, 같은 늪에서 한 세대에 한 번 정도 다시 채취할 수 있다.[3]

3. 철 추출

유럽에서는 로마 시대 이전 철기 시대인 기원전 5세기 또는 4세기부터 기원후 1세기까지 늪철에서 제련하는 기술이 개발되었다. 바이킹 시대(서기 1000년 후반)에도 대부분의 철은 늪철에서 얻었다.[3] 늪철은 많은 불순물을 제거하기 위해 반드시 녹일 필요가 없었기 때문에, 제한된 기술로도 처리가 가능했다.[5] 이러한 접근성과 쉬운 환원성 덕분에 초기 철 생산에 널리 사용되었다.[6]

초기 야금학자들은 늪철 매장지를 찾기 위해 몇 가지 지표를 활용했다. 시든 풀, 습한 환경, 물을 좋아하는 풀이 많은 곳, 또는 근처 물에 적갈색 용액이나 침전물이 보이는 곳 등이 그 예시다.[9] 더 큰 광석 매장지를 찾기 위해 나무나 금속 막대기를 땅에 찔러보기도 했으며,[9] 잔디 칼로 늪의 토탄 층을 잘라 뒤집어 완두콩 크기의 작은 늪철 덩어리를 캐냈다.[3]

늪철에서 철을 생산하는 초기 방법은 주로 블루머리 용광로를 이용하는 것이었다.[9] 철 생산에는 목탄을 만들기 위한 나무, 블루머리 용광로를 쌓을 점토, 그리고 처리 과정에 필요한 물이 자원으로 사용되었다.[9] 용광로 안에서 광석의 철 성분은 스펀지 철 블룸 형태로 환원되어 용광로 위쪽에 남고, 원하지 않는 불순물들은 슬래그가 되어 아래로 흘러내렸다.[7] 블루머리 용광로를 이용한 제련 방식은 철(Fe)의 10~20 질량 퍼센트 정도만 철 블룸으로 환원시키고 나머지는 슬래그로 버려지는 결과를 낳았다.[8] 이렇게 얻어진 블룸은 망치로 두들겨 단단하게 만들어야 사용 가능한 단철이 되었다. 석회를 용광로에 첨가하여 제련하기 어려운 규산질이 풍부한 광석을 처리했다는 고고학적 증거도 있다.[3]

4. 유럽

철 제련은 기원전 2천년기 근동에서 시작된 것으로 보인다.[9] 이 기술은 이후 2천 년에 걸쳐 유럽 전역으로 퍼져나갔으며, 기원전 2세기에는 폴란드까지 도달했다.[9] 스칸디나비아 지역에는 기원전 800년에서 500년 사이에 철 생산 기술이 전해졌다. 스웨덴 중부에서는 청동기 시대 후반의 철 생산 유적이 발견되었는데, 이는 기술이 남쪽과 동쪽 양쪽에서 전파되었을 가능성을 시사한다. 이때 사용된 주요 광석은 적토(red earth)와 늪철석 형태의 갈철석이었다.

서기 200년부터는 호수 바닥에 쌓인 갈철석 매장량에서 채취한 광석이 철 생산에 이용되기 시작했으며, 이 광석은 블룸로(Bloomery)라는 원시적인 용광로에서 환원되었다. 북유럽과 북미의 바이킹 정착지와 늪철석 매장지 사이에는 직접적인 연관성이 있다는 증거도 존재한다.[5] 실제로 늪철석은 서기 500년부터 1300년까지 노르드인이 거주했던 스칸디나비아와 핀란드 지역 철 생산의 중심이었다.[5] 아이슬란드에서도 "철 농장"(járngerðarstaðir|야른게르다르스타디르isl)이라 불리는 곳에서 대규모 늪철석 생산이 이루어졌다.[5] 다만, 아이슬란드의 소규모 생산 유적들은 주로 대규모 농가나 일부 정착지 주변에 분포하며, 자급자족에 필요한 만큼의 철만 생산했던 것으로 추정된다.[5]

중세 시대에 이르러 더 효율적인 제련 기술이 개발되고 채광된 광석 사용이 보편화된 이후에도, 늪철석은 특히 농민들 사이에서 현대에 이르기까지 중요한 철 공급원으로 계속 사용되었다.[10] 러시아의 경우, 16세기에 우랄 산맥의 우수한 철광석이 본격적으로 개발되기 전까지 늪철석이 철의 주요 원천이었다.

5. 북아메리카

(내용 없음)

5. 1. 콜럼버스 이전

철은 1021년경 바이킹족에 의해 뉴펀들랜드에서 생산되었다.[11] 랑스 오 메도우 유적지에서는 늪지에서 얻은 철(늪철)을 처리하고 철광석을 생산했다는 상당한 증거가 발굴되었다.[5] 이 정착지는 사초 덩어리가 많은 이탄 습지 바로 동쪽에 위치했으며, 발굴 현장에서는 15kg의 슬래그(제련 찌꺼기)가 발견되었다. 이는 약 3kg의 사용 가능한 철을 생산했을 양이다.[5] 슬래그 분석 결과, 광석에서 훨씬 더 많은 철을 뽑아낼 수 있었음에도 그러지 못했는데, 이는 당시 광석을 다루던 작업자들이 숙련되지 않았음을 보여준다.[5] 이는 철을 다루는 지식이 특정 무역이나 상업 중심지에만 국한되지 않고 꽤 널리 퍼져 있었다는 생각을 뒷받침한다.[5] 또한, 현장에서는 98개의 못 조각과 함께 상당한 목공 작업의 증거도 발견되었다. 이를 통해 이곳에서 생산된 철은 도구 제작보다는 선박 수리에 주로 사용되었을 가능성이 제기된다.[5][12]

5. 2. 식민지 시대 북아메리카

철광석은 식민지 시대 북아메리카에서 널리 탐구되었다. 북아메리카에서 가장 초기에 알려진 철광산은 1578년 앤서니 파크허스트가 운영했다고 전해지는 뉴펀들랜드 세인트존스의 광산이다.[13] 버지니아에서의 최초 광산 활동은 1608년에 시작되었으며, 1619년에는 폴링 크리크 제철소(Falling Creek Ironworks)가 버지니아주 체스터필드 카운티에 설립되었다. 이곳은 북아메리카 최초의 고로(blast furnace) 시설이 위치한 곳이었다.[14][15]

매사추세츠의 마사포그 호수(Lake Massapoag)는 철광석 탐사를 위해 배수되었다.[16] 세이거스 강(Saugus River)에 위치한 세이거스 철공소 국립 역사 유적지(Saugus Iron Works National Historic Site)는 1646년부터 1668년까지 운영되었으며, 현재 이 유적지에는 박물관과 몇 채의 재건된 건물이 있다.[17] 세이거스 철공소의 성공과 해당 지역의 자연 철광석 고갈로 인해 소유주들은 주변 지역으로 탐사를 확대했다. 1658년, 회사는 현재의 콩코드, 액턴, 서드버리를 포함하는 1600acre의 토지를 매입했다. 그들은 애서빗 강(Assabet River)을 따라 댐, 연못, 수로, 화로 등을 갖춘 대규모 생산 시설을 매사추세츠주 콩코드에 설치했지만, 1694년까지 그곳의 자연 철광석도 고갈되어 결국 농업용으로 매각되었다.[18]

중앙 및 남부 뉴저지에서는 자연적인 녹 방지 도구와 단철 레일을 생산하기 위해 철광석을 채굴하고 정제했으며, 이 중 다수는 여전히 트렌턴과 캠든의 계단을 장식하고 있다.[19] 미국 독립 전쟁 동안에는 이곳에서 채굴된 철광석으로 식민지 군을 위한 대포알이 주조되기도 했다.

5. 3. 19세기 미국

소철은 메릴랜드주 동부 해안에서도 발견되었다. 메릴랜드주 스노우힐 인근에는 과거 상업 제련소였던 유적이 있으며, 현재는 주 및 국립 역사 유적지로 지정되어 있다. 퍼니스 타운으로 알려진 이 유적지는 인근 시내 이름을 따서 나사왕고 철광로라고 불렸으며, 1825년경부터 1850년까지 운영되었다.

한편, 1836년 샤플리 철강 회사는 메인주 노스 샤플리에 있는 작은 소철 광산을 활용하기 위해 제련소를 건설했다. 이 공장은 1837년에 가동을 시작했지만, 사업의 수익성이 낮아 몇 년 후에 폐기되었다.

참조

[1] 논문 Content and Binding Forms of Heavy Metals, Aluminium and Phosphorus in Bog Iron Ores from Poland https://dl.scienceso[...] 2019-02-06
[2] 논문 Utilization of bog iron ores as sorbents of heavy metals 2009
[3] 논문 Mineralogical And Chemical Investigations Of Bloomery Slags From Prehistoric (8th Century Bc To 4th Century Ad) Iron Production Sites In Upper And Lower Lusatia, Germany 2002
[4] 논문 Formation and Geochemical Significance of Iron Bog Deposits - Chapter 14 - Formation and Geochemical Significance of Iron Bog Deposits https://pubs.usgs.go[...] 2007
[5] 논문 Viking expansion and the search for bog iron https://docplayer.ne[...] 2011
[6] 논문 Raseneisenerz – auch in Brandenburg ein mineralischer Rohstoff mit bedeutender wirtschaftlicher Vergangenheit https://www.geobasis[...] 2019-04-06
[7] 논문 Raseneisenerz und Eisenhüttenindustrie in der nördlichen Oberlausitz 2002
[8] 서적 Rohstoffgewinnung und Altbergbau im Förderraum Calau Förderverein Kulturlandschaft Niederlausitz
[9] 논문 Bog iron ore as a resource for prehistoric iron production in Central Europe — A case study of the Widawa catchment area in eastern Silesia, Poland https://www.research[...] 2017
[10] 문서 Iron-Making in Peasant Communities Berghahn
[11] 논문 Evidence for European presence in the Americas in AD 1021 2021-10-20
[12] 서적 Vinland Revisited: The Norse World at the Turn of the First Millennium St. John's, Newfoundland: Historic Sites Association of Newfoundland and Labrador, Inc.
[13] 웹사이트 LETTER FROM ANTHONY PARKHURST TO RICHARD HAKLUYT, Lawyer, 1578 http://collections.m[...] 2016-10-26
[14] 논문 The First American Blast Furnace, 1619-1622: The Birth of a Mighty Industry on Falling Creek in Virginia Virginia Historical Society 1962-07
[15] 웹사이트 The Works at Falling Creek http://www.history.o[...] The Colonial Williamsburg Foundation 2016-10-25
[16] 서적 Reflections in Bullough's Pond University Press of New England
[17] 웹사이트 Saugus Iron Works http://www.nps.gov/s[...] National Park Service, U.S. Department of the Interior 2016-10-25
[18] 웹사이트 The Concord Iron Works http://www.concordma[...] 2018-03-08
[19] 웹사이트 Early Settlers Made Iron Here http://www.state.nj.[...] New Jersey Pinelands Commission 2018-04-24
[20] 간행물 A History of Shapleigh https://archive.org/[...] Brown and Thurston
[21] 간행물 Rocks and Minerals 1930-06
[22] 웹사이트 The Iron Age of Maine, Part II: The Shapleigh Iron Company: A Foray into Industrial (geo)Archaeology in Maine Geologic Facts and Localities https://digitalmaine[...] Maine Geological Survey 2003-11


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