はじめに
鉄（Fe）は、我々の生活に欠かせない金属の一つです。建設、製造、自動車産業など、あらゆる分野で使用されています。日本は鉄の製造技術で世界をリードしており、その歴史や逸話も非常に興味深いです。このブログでは、鉄の製造プロセスを化学的に解説しながら、日本の鉄に関する歴史や逸話を紹介し、受験やテストに役立つ情報を提供します！文系にもわかるように解説しますのでご安心ください！
鉄の製造
鉄は、主に鉄鉱石から高炉を使って製造されます。鉄鉱石には鉄が含まれていますが、他の成分も混じっているため、これを取り除く必要があります。
高炉での鉄鉱石の処理
鉄鉱石から鉄を取り出す
鉄の製造は、主に高炉を使用して行われます。高炉内で鉄鉱石（主に酸化鉄）を一酸化炭素で還元し、純粋な鉄を得るプロセスです。以下の化学反応式が基本的な反応を示しています
酸化鉄の還元反応：
イラストでイメージしよう！
入れていく際に、鉄鉱石の層、コークスの層が交互になるように入れていく。石灰石は不純物を排除するために入れる。
①熱風を下から入れることによって、上にいくいくほど空気の温度が冷めていく
②コークスは熱風中の酸素と反応して一酸化炭素となる！
反応式１：2C ＋ O2 → ２CO↑（これが還元剤となる）
反応式２：C ＋CO2 → ２CO↑（これが還元剤となる）
※酸化還元についてはこちら！
※酸化剤還元剤についてはこちら！
- STEP２より温度が違うことにより徐々に還元されていく！
- イラストの右側にあるように、
Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → Fe
と段階的に還元され、Feになっていく！
※赤鉄鉱はFe2O3 のことであり、鉄の赤サビのことである！
※磁鉄鉱はFe3O4 のことであり、鉄の黒サビのことである！
- 一酸化炭素COは常に二酸化炭素CO2になりたいと思っているため、酸素が欲しいと思っている！
- 鉄鉱石から酸素を取り除きたい！そのため、一酸化炭素と酸化還元反応を起こす！
- Fe2O3 → Fe3O4の化学反応式（1段階目）
- Fe3O4 → FeOの化学反応式（２段階目）
- FeO → Feの化学反応式（３段階目）
- それぞれの化学反応式で出た二酸化炭素や不完全燃焼で生じた一酸化炭素、熱風（空気）の窒素がガスととして放出される！
石灰石は何のために入れるの！？
鉄を製造するには、鉄鉱石とコークス（炭素）と熱風が必要である！
①しかし、その際に不純物も出てしまう…
②不純物があると純度の低い鉄ができてしまう…
③そのため石灰石があると不純物を取り除くことができる！
④③で取り除いたものをスラグという！
日本の鉄の歴史と逸話
日本の鉄の発展
日本は古くから鉄の製造技術で知られており、特に江戸時代には高炉技術が発展しました。19世紀には、近代的な製鉄技術が導入され、現在では日本製鉄株式会社などの企業が世界をリードする鉄鋼メーカーとなっています。
逸話と面白い話
- たたら製鉄: 日本の伝統的な製鉄法であるたたら製鉄は、古代から続く技術です。特に日本刀の製造において重要な役割を果たしました。
- カタナと鉄: 日本刀（カタナ）は、極めて高品質の鋼で作られており、その製造過程には高度な技術が必要です。これにより、日本の鉄鋼技術の高さが世界に知られることとなりました。
受験やテストに役立つ情報
鉄の製造プロセスは、高校化学の重要なテーマの一つです。以下のポイントに注意して学習すると良いでしょう。
スラグの役割: 石灰石がスラグを生成し、不純物を除去するプロセスを理解すること。
化学反応式: 酸化鉄の還元反応やコークスの燃焼反応など、基本的な反応式を正確に覚えること。
プロセスの流れ: 高炉内での材料の役割や反応の流れを理解すること。
おわりに
鉄は現代社会において欠かせない材料であり、その製造技術は日本が世界をリードしています。鉄の製造プロセスや歴史を学ぶことで、化学の理解を深めるとともに、日本の技術の高さを再認識することができるでしょう。受験やテストに役立つ知識をしっかり身につけて、化学の学習に役立ててください。
※ これからも文系の方にもわかるように、化学基礎・化学を解説していきますのでチェックお願いします！
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