Quặng sắt
Nấu luyện > Các nguyên tố dấu vết > Lưu huỳnh

Lưu huỳnh (S) là tạp chất thường thấy trong than. Nó cũng có với một lượng nhỏ trong nhiều loại quặng, nhưng có thể loại bỏ bằng cách nung kết hay nung khô. Lưu huỳnh dễ dàng hòa tan trong cả sắt lỏng lẫn sắt rắn ở các mức nhiệt độ cao có trong nấu luyện sắt. Các tác động của một lượng dù nhỏ lưu huỳnh là trực tiếp và nghiêm trọng. Nó là một trong những tạp chất mà những người nấu luyện sắt thép tìm cách thải loại đầu tiên. Lưu huỳnh làm cho sắt trở thành giòn nóng (Gordon 1996, tr. 7).
Sắt giòn nóng bị giòn khi nóng. Đây là vấn đề nghiêm trọng do phần lớn sắt sử dụng trong thế kỷ 17 và 18 là sắt thỏi hay sắt rèn. Sắt rèn được định hình bằng cách đập búa liên tục khi đang nóng đỏ. Mảnh sắt giòn nóng sẽ nứt khi gia công bằng búa. Khi miếng sắt hay thép nóng nứt ra thì bề mặt bị lộ ra sẽ ngay lập tức bị oxy hóa. Lớp oxit này ngăn không cho vá chỗ nứt bằng cách hàn. Các vết nứt lớn làm cho sắt hay thép bị phá vỡ. Các vết nứt nhỏ có thể làm cho đồ vật bị hỏng trong quá trình sử dụng. Độ giòn nóng tỷ lệ thuận với hàm lượng lưu huỳnh. Ngày nay nói chung người ta tránh sử dụng sắt thép với trên 0,03% S.
Sắt thép giòn nóng có thể gia công, nhưng nó phải được gia công ở các mức nhiệt độ thấp. Gia công ở nhiệt độ thấp đòi hỏi nhiều cố gắng tiêu tốn năng lượng của thợ rèn. Khối kim loại phải được đập nhiều hơn và cứng hơn để đạt được cùng một kết quả. Một thanh sắt thép vừa lưu huỳnh có thể gia công được nhưng đòi hỏi nhiều thời gian và cố gắng hơn.
Trong gang đúc lưu huỳnh thúc đẩy sự hình thành gang trắng. Một lượng chỉ 0,5% S có thể làm mất các tác dụng củalàm nguội chậm và hàm lượng silic cao (Rostoker & Bronson 1990, tr. 21). Gang trắng là giòn hơn nhưng cứng hơn gang xám. Nói chung người ta tránh tạo ra gang trắng do nó khó gia công hơn, ngoại trừ tại Trung Quốc nơi gang đúc cao lưu huỳnh, đôi khi tới 0,57% S, được sản xuất từ than và than cốc, được sử dụng để làm chuông và chuông chùm (Rostoker, Bronson & Dvorak 1984, tr. 760). Theo (Turner 1900, tr. 200), sắt đúc tốt nên chứa dưới 0,15% S. Tại phần còn lại của thế giới thì gang đúc cao lưu huỳnh có thể sử dụng để làm các vật đúc, nhưng sẽ chỉ làm ra sắt rèn loại kém.
Có một số giải pháp sửa chữa đối với tạp chất lưu huỳnh. Giải pháp thứ nhất và là giải pháp được sử dụng nhiều nhất trong các hoạt động nấu luyện tiền sử và cổ đại, là tránh nó. Không giống như ở Trung Quốc, than từng không được sử dụng tại châu Âu làm nhiên liệu nấu luyện do nó chứa lưu huỳnh và vì thế gây ra giòn nóng cho sắt. Nếu loại quặng dẫn đến giòn nóng cho kim loại thì những người nấu luyện sắt sẽ tìm kiếm nguồn quặng khác. Khi than khoáng lần đầu tiên được sử dụng trong các lò cao châu Âu vào năm 1709 (hoặc có thể sớm hơn), nó được luyện thành cốc. Chỉ sau khi có sự ra đời của gió nóng từ năm 1829 thì than thô mới được sử dụng.
Lưu huỳnh có thể loại bỏ khỏi quặng bằng nung kết và rửa. Nung kết oxy hóa lưu huỳnh để tạo ra sulfur dioxide để thoát ra ngoài khí quyển hoặc thu hồi bằng cách cho qua lọc rửa. Trong điều kiện khí hậu nóng nó có thể thoát khỏi quặng pyrit trong điều kiện mưa. Tác động tổ hợp của mưa, vi khuẩn và nhiệt oxy hóa quặng sulfide thành axit sulfuric và các sulfat hòa tan trong nước và bị lọc tẩy (Turner 1900, tr. 77). Tuy nhiên, theo dòng lịch sử, sắt sulfide (pyrit FeS
2), mặc dù là một khoáng vật sắt phổ biến, nhưng chưa từng được sử dụng như là quặng để sản xuất sắt kim loại. Sản phẩm phong hóa tự nhiên từng được sử dụng tại Thụy Điển. Cùng một quá trình này, nhưng với tốc độ địa chất, dẫn đến các loại quặng limonit mạch quặng lộ.
Tầm quan trọng gắn với sắt thấp lưu huỳnh được minh chứng bằng các mức giá cao nhất quán được trả cho sắt nguồn gốc từ Thụy Điển, Nga và Tây Ban Nha trong thế kỷ 16-18. Ngày nay lưu huỳnh không còn là vấn đề khó nữa. Giải pháp hiện nay là bổ sung mangan. Nhưng những người vận hành vẫn phải nắm rõ hàm lượng lưu huỳnh trong sắt do ít nhất phải tốn 5 lần khối lượng mangan để trung hòa lưu huỳnh. Một số loại sắt cổ xưa có các mức hàm lượng mangan khác nhau, nhưng phần lớn là quá thấp so với mức cần thiết để trung hòa lưu huỳnh (Rostoker & Bronson 1990, tr. 21).
Tạp chất sulfide như mangan sulfide (MnS) cũng có thể là nguyên nhân gây ra các vấn đề rỗ mòn nghiêm trọng ở thép không gỉ mác thấp như thép AISI 304.
Trong các điều kiện oxy hóa và sự có mặt của hơi ẩm, khi sulfide bị oxy hóa tạo ra các anion thiosulfat như là chất trung gian và do anion thiosulfat có độ linh động điện tử tương đương cao hơn so với anion chloride do điện tích âm kép của nó, nó thúc đẩy sự phát triển của các hốc lõm trên bề mặt kim loại. Các điện tích dương sinh ra bởi các cation Fe2+ giải phóng trong dung dịch bởi oxy hóa Fe trên khu vực anode bên trong hốc phải được bù đắp/trung hòa nhanh bằng các điện tích âm sinh ra từ chuyển vị điện động học của các anion trong hốc mao dẫn. Một vài quá trình điện hóa học xảy ra trong hốc mao dẫn là tương tự với những gì thấy trong điện di mao dẫn. Tốc độ chuyển vị điện động học của anion càng cao thì tốc độ rỗ mòn cũng càng cao. Sự vận chuyển điện động học của các ion bên trong hốc có thể là bước giới hạn tốc độ trong tốc độ tăng trưởng hốc.
Đá cổ 2,1 tỷ năm tuổi chỉ ra thành hệ sắt dải.
Các viên vê taconit đã gia công với bề mặt oxy hóa màu nâu đỏ được sử dụng trong nghiệp sản xuất thép, với đồng xu 25 xent Mỹ (đường kính 24 mm [0,94 in]) nằm cạnh để so sánh.
Sự tiến triển của phẩm cấp quặng sắt đã khai thác từ các quốc gia khác nhau (Canada, Trung Quốc, Australia, Brasil, Hoa Kỳ, Thụy Điển, Liên Xô-Nga, thế giới). Sự tụt giảm gần đây của phẩm cấp quặng thế giới là do sự tiêu thụ lớn các loại quặng Trung Quốc phẩm cấp thấp. Quặng sắt của Mỹ được nâng cấp lên tới 61-64%Fe trước khi bán.