Żelazo to metal ciężki, który jest niezwykle rozpowszechniony na ziemi. Ze względu na jego właściwości fizyczne, które można zmieniać w bardzo szerokich granicach poprzez małe dodatki innych pierwiastków, jest on często i chętnie wykorzystywany przez człowieka. Niestety, w stanie wolnym żelazo nie występuję w przyrodzie. Na szczęście, licznie można go spotkać w stanie związanym, w postaci rud. Do najważniejszych rod żelaza zaliczamy:

- magnetyt, inaczej nazywany żelaziakiem magnetycznym (Fe3O4)

Ruda ta jest niezwykle bogata w żelazo, zawiera go niemal 50 do 67 %, ponadto wykazuje właściwości magnetyczne.

- hematyt , inaczej nazywany żelaziakiem czerwonym (Fe2O3)

Hematyt zawiera mniej żelaza, niż magnetyt, ale także dużo od 30 do 64 %.

- limonit, inaczej nazywany żelaziakiem brunatnym (Fe2O3 ∙ n H2O)

Ruda ta złożona jest z uwodnionego tlenku metalu, w zależności od ilości wody, może zawierać nawet 40 % żelaza.

- syderyt (FeCO3)

Syderyt należy do bardziej ubogich w żelazo rud, zawiera go ok. 25 %.

- piryt (FeS2)

Do krajów posiadających duże zasoby tych minerałów zależą: Rosja, USA oraz Szwecja.

Polskę zalicza się do krajów ubogich w te rudy. Posiadamy jedynie rudy syderytu i limonitu.

Z powyżej wymienionych rud, na skale przemysłową otrzymuje się stopy żelaza, czyli stopione mieszaniny żelaza z innymi pierwiastkami. Odbywa się to najczęściej na drodze procesu wielkopiecowego.

Aby otrzymać żelazo z rud należy go zredukować. Najczęściej używanymi reduktorami są węgiel oraz tlenek węgla (II). Substancje te wyjątkowo łatwo reagują z tlenkami żelaza, zwłaszcza w wysokiej temperaturze.

Cały proces przeprowadza się w wielkich, szybowych piecach, o wysokości ok. 30 metrów i pojemności nawet 2000 [m3]. Zasada działania pieca oparta jest o zjawisko przeciwprądów. Od góry, warstwami, do pieca wprowadza się za pomocą urządzeń zasypowych surowce. Surowcami są tutaj:

- ruda żelaza

- koks, czyli produkt odgazowania węgli kopalnych, najczęściej węgla kamiennego, zawiera ok. 80 % czystego węgla

- topniki, czyli substancje, które obniżają temperaturę topnienia rud oraz ułatwiającą oddzielenie metalu od innych domieszek, zawartych w rudzie. Te bezużyteczne domieszki zostają związane w postaci żużla. Najczęściej używanymi topnikami są piasek, wapień lub dolomit.

Natomiast od dołu pieca wdmuchuje się rozgrzane powietrze.

W górnej części pieca zachodzą reakcje utleniania węgla, które prowadzą do powstania tlenku węgla (II):

C + O2 → CO2

CO2 + C → 2 CO

Tlenek ten łatwo reaguje ze stopioną, w wysokiej temperaturze, pod wpływem topników rudą żelaza.

Zachodzą następujące reakcje:

3 Fe2O3 + CO → 2 Fe3O4 + CO2

Fe3O4 + CO → 3 FeO + CO2

FeO + CO → Fe + CO2

Jest to tzw. redukcja częściowa, redukcja właściwa, czyli redukcja węglem zachodzi w dolnej strefie wielkiego pieca, w której panuje najwyższa temperatura, dochodząca do ok. 1200 - 1500 ºC.

FeO + C → Fe + CO

Jednocześnie z reakcja pomiędzy węglem , a tlenkami żelaza, odbywa się reakcja z topnikami oraz innymi zanieczyszczeniami obecnymi w mieszaninie. W efekcie powstaje ciekły żużel, czyli produkt uboczny zawierający stopione substancje mineralne. Żużel jest lżejszy do surówki, więc oddziela się od niej i wypływa na jej powierzchnię.

Surówka, czyli pierwszy produkt procesu wielkopiecowego zawiera ok. 4 % węgla oraz niewielkie ilości krzemu, manganu, fosforu oraz siarki. Pod wpływem powolnego oziębiania surówki część węgla wykrystalizowuje się w postaci grafitu.

Powstające w dużych ilościach gazy: tlenki węgla, są ponownie wykorzystywane do ogrzewania pieca. Proces wielkopiecowy jest przeprowadzany nieprzerwanie.