Le minerai de fer est toute roche qui contient une quantité utilisable de fer. Les minerais communs incluent l’hématite, la magnétite, la limonite et la sidérite, et ceux-ci sont fréquemment trouvés avec des silicates assortis. Bien que le fer ne se présente pas sous sa forme pure dans la nature, certains types de minerai contiennent jusqu’à 70 % d’atomes de fer. Le minerai de fer est constitué d’atomes d’oxygène et de fer liés ensemble en molécules. Pour créer du fer pur, il faut désoxygéner le minerai, ne laissant que des atomes de fer, ce qui est l’essence du processus de raffinage.
Pour éloigner les atomes d’oxygène du minerai, il faut de la chaleur et un partenaire atomique alternatif pour que l’oxygène se lie. Le carbone remplit bien ce rôle et est facilement disponible sous forme de charbon de bois de tous les jours, ou de coke, une forme de carbone fabriqué à partir de charbon. Les atomes de carbone se lient à l’oxygène du minerai pour créer du dioxyde de carbone et du monoxyde de carbone, des gaz qui s’échappent d’une cheminée. Parce que le minerai de fer contient généralement des silicates, qui ne se lient pas au carbone, ceux-ci restent dans le fer après son affinage, créant du fer forgé, une forme de métal malléable et solide utilisée par les forgerons à travers l’histoire.
Pour créer une forme de fer encore plus pure, connue sous le nom de fonte brute, du calcaire doit être ajouté au mélange et la chaleur augmentée. Cela se fait de façon contemporaine dans la structure en silo connue sous le nom de haut fourneau. Le calcium du calcaire se lie aux silicates du minerai, créant un matériau appelé laitier, qui flotte au-dessus du fer liquide pur. Le fer est périodiquement drainé dans un moule à partir d’un orifice au fond du haut fourneau, où il se refroidit. La fonte brute peut ensuite être convertie en fer forgé en la mélangeant avec du silicium, ou traitée plus avant pour créer de l’acier.
L’acier est une forme de fer mélangé avec 0.5% à 1.5% de carbone mais pas d’oxygène, de silicates ou d’autres impuretés. Ce métal est beaucoup plus difficile à travailler que le fer forgé, mais il est beaucoup plus résistant. Le fer peut être mélangé avec divers autres éléments pour créer des alliages aux propriétés souhaitées, telles que la légèreté ou la résistance à la rouille (acier inoxydable).
Parce que le fer est si commun (constituant 5 % de la croûte terrestre), fort et relativement facile à traiter, il joue un rôle très intime dans la civilisation humaine. Environ 98 % de tout le minerai expédié dans le monde est utilisé dans la production de fer ou d’acier. Les gisements de surface sont disponibles en abondance dans la plupart des zones géographiques. Les civilisations anciennes qui atteignaient le seuil de technologie requis pour fondre le minerai de fer bénéficiaient d’avantages décisifs sur leurs concurrents, dont les armes en bronze et en cuivre ne faisaient pas le poids face aux usines sidérurgiques.