Il minerale di ferro è qualsiasi roccia che contiene una quantità utilizzabile di ferro. I minerali minerali comuni includono ematite, magnetite, limonite e siderite, e questi si trovano spesso insieme a silicati assortiti. Sebbene il ferro non si trovi nella sua forma pura in natura, alcuni tipi di minerale contengono fino al 70% di atomi di ferro. Il minerale di ferro è costituito da atomi di ossigeno e ferro legati insieme in molecole. Per creare ferro puro, è necessario deossigenare il minerale, lasciando dietro di sé solo atomi di ferro, che è l’essenza del processo di raffinazione.
Per allontanare gli atomi di ossigeno dal minerale sono necessari calore e un partner atomico alternativo a cui l’ossigeno si leghi. Il carbonio svolge bene questo ruolo ed è facilmente disponibile sotto forma di carbone di legna di tutti i giorni, o coca cola, una forma di carbonio ricavata dal carbone. Gli atomi di carbonio si legano con l’ossigeno nel minerale per creare anidride carbonica e monossido di carbonio, gas che fuoriescono da un camino. Poiché il minerale di ferro contiene tipicamente silicati, che non si legano al carbonio, questi rimangono nel ferro dopo che è stato raffinato, creando il ferro battuto, una forma di metallo malleabile e resistente utilizzata dai fabbri nel corso della storia.
Per creare una forma di ferro ancora più pura, nota come ghisa, è necessario aggiungere all’impasto del calcare e aumentare il calore. Questo viene fatto contemporaneamente nella struttura simile a un silo nota come altoforno. Il calcio nel calcare si lega ai silicati del minerale, creando un materiale chiamato scoria, che galleggia sopra il ferro liquido puro. Il ferro viene periodicamente drenato in uno stampo da una porta sul fondo dell’altoforno, dove si raffredda. La ghisa può quindi essere convertita in ferro battuto mescolandola con silicio o ulteriormente lavorata per creare acciaio.
L’acciaio è una forma di ferro mescolata con 0.5% – 1.5% di carbonio ma senza ossigeno, silicati o altre impurità. Questo metallo è molto più difficile da lavorare del ferro battuto, ma è molto più resistente. Il ferro può essere miscelato con vari altri elementi per creare leghe con proprietà desiderate, come leggerezza o resistenza alla ruggine (acciaio inossidabile).
Poiché il ferro è così comune (che compone il 5% della crosta terrestre), forte e relativamente facile da lavorare, svolge un ruolo molto intimo nella civiltà umana. Circa il 98% di tutto il minerale spedito in tutto il mondo viene utilizzato nella produzione di ferro o acciaio. I depositi superficiali sono abbondantemente disponibili nella maggior parte delle aree geografiche. Le antiche civiltà che raggiungevano il livello soglia della tecnologia richiesta per fondere il minerale di ferro godevano di vantaggi decisivi rispetto ai loro concorrenti, le cui armi in bronzo e rame non potevano competere con le lavorazioni in ferro.