Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Болотная руда

Болотное железо - это форма отложений нечистого железа, которые образуются в болотах или болотах в результате химического или биохимического окисления железа, содержащегося в растворе. Обычно болотные руды состоят в основном из оксигидроксидов железа , обычно гетита (FeO (OH)).

Подземные воды, содержащие железо, обычно возникают в виде источника (гидросферы), который окисляется до гидроксида трехвалентного железа при контакте с окислительной средой на поверхности. Болотная руда часто содержит гетит , магнетит и каверны или окрашенный кварц . Окисление может происходить через ферментативный катализ с помощью железа бактерий . Неясно, осаждается ли магнетит при первом контакте с кислородом, а затем окисляется до соединений трехвалентного железа, или же соединения трехвалентного железа восстанавливаются при воздействии аноксических условий при захоронении под поверхностью осадка и повторно окисляются при эксгумации на поверхности. [ необходима цитата]

Болотное железо, как и другие водные оксиды железа , обладает определенным сродством к тяжелым металлам . [1] Это сродство в сочетании с пористой структурой и высокой удельной поверхностью болотного железа делает его хорошим естественным сорбентом . [2] Эти свойства в сочетании с дешевизной получения болотного железа являются стимулами для его использования в технологиях защиты окружающей среды. [2]

Часть стены с Эрмаем - использование болотной руды в архитектуре

Железо, полученное из болотной руды, часто содержит остаточные силикаты , которые могут образовывать стекловидное покрытие, которое придает некоторую устойчивость к ржавчине .

Типичные железосодержащие грунтовые воды, появляющиеся в виде источника. Железо окисляется до гидроксида трехвалентного железа при контакте с окислительной средой на поверхности. Большое количество этих источников и водосливов в пойме дают железо для залежей болотного железа.

Формирование [ править ]

Железо переносится в болота в грунтовых водах с низким pH и низким содержанием растворенного кислорода, содержащих железо, которые достигают поверхности через родники, вместе со структурами трещин или в местах пересечения подземных вод с поверхностными потоками. [3] Железо в воде, затем окисляется растворенным кислородом или путем ферментативного катализа с помощью железа бактерий (например, Thiobacillus еггоохШапз и Thiobacillus ШоохШапз ) , которые концентрируются железо , как часть их жизненных процессов. [4] Присутствие этих бактерий можно определить по масляной пленке, которую они оставляют на поверхности воды. [3]Это изменение степени окисления вызывает выпадение в осадок мелкозернистых твердых частиц железа вблизи точки выхода подземных вод. [3] Различные минералы железа, такие как гетит , магнетит , гематит , швертманнит и аморфные твердые вещества, богатые сульфатом железа и алюминия, могут быть образованы путем окисления двухвалентного железа в существующих кислых условиях. [4] Все фотосинтезаторы играют двойную роль в качестве продуцентов кислорода и, следовательно, пассивных окислителей железа, а также в качестве поверхностей, с которыми железо может сорбироваться или связываться. [4] Это вызывает водные растения , чтобы стать сильно инкрустированным светло-оранжевым цветом флком из железа оксигидроксидаоколо точки газообразного кислорода, выделяемого из растений. [4] Такие факторы, как местная геология, минералогия материнских пород, состав грунтовых вод и геохимически активные микробы и растения, влияют на образование, рост и устойчивость железных болот. [4] Болотное железо - возобновляемый ресурс; одно и то же болото можно собирать примерно раз в поколение. [3]

Добыча железа [ править ]

Европейцы разработали железо выплавки из мореного железа во время предримского железного века 5 - й / 4-первых века нашей эры, и большинство железа в эпохе викингов (конец первого тысячелетия н.э.) пришло из мореного железа. [3] Люди могут обрабатывать болотное железо с помощью ограниченных технологий, поскольку его не нужно расплавлять для удаления многих примесей. [5] Из-за легкости доступа и восстановления, болотное железо обычно использовалось для производства раннего железа. [6] Ранние металлурги определили отложения болотного железа по таким показателям, как засохшая трава, влажная среда, влаголюбивая растительность с преобладанием травы и красновато-коричневые растворы или отложения в близлежащих водах.[7] Они вонзали в землю деревянные или металлические палки, чтобы обнаружить более крупные залежи руды [7], а также срезали и убирали слои торфа в болоте, используя ножи для дерна, чтобы извлечь более мелкие, размером с горошину, конкреции болотного железа. [3] Раннее производство железа из болотной руды в основном происходило в обжиговых печах. [7] Ресурсами,необходимыми для производства, были древесина для древесного угля , глина для строительства печей и вода для обработки. [7] Железо в руде восстанавливается до губчатой ​​железной корки, которая остается в верхней части печи, в то время как нежелательные элементы стекают вниз в виде шлака . [8]Плавка в шаровидной печи часто приводит к тому, что от 10 до 20 массовых процентов Fe восстанавливается до бледности железа, а остальная часть переходит в шлак. [9] Затем цветение необходимо закрепить молотком, чтобы сделать пригодное для использования кованое железо. Есть некоторые археологические свидетельства того, что известь добавлялась в печи для обработки богатых кремнеземом руд, которые было трудно плавить в процессе цветения. [3]

Европа [ править ]

Первые попытки выплавки железа на Ближнем Востоке относятся ко 2-му тысячелетию до нашей эры . [7] Затем технология распространилась по Европе в течение следующих двух тысячелетий, достигнув Польши во 2 веке до нашей эры. [7] Производство железа достигло Скандинавии через Данию в 500 г. до н.э. и вскоре после этого распространилось на Норвегию и Швецию . [5] Есть свидетельства прямой связи между поселениями викингов в Северной Европе и Северной Америке и месторождениями болотного железа. [5] Болотное железо преобладало в производстве железа в скандинавских населенных пунктах, включая Скандинавию иФинляндия с 500 по 1300 г. н.э. [5] Крупномасштабное производство болотного железа было также налажено в Исландии на участках, известных как «Железные фермы». [5] Более мелкие производственные предприятия в Исландии состояли из больших ферм и некоторых исконных исландских поселений, но, похоже, они производили достаточно железа, чтобы быть самодостаточными. [5] Даже после того, как улучшенная технология плавки сделала добытые руды жизнеспособными в средние века, болотная руда оставалась важной, особенно для крестьянского производства железа, и в наше время. [10] В России болотная руда была основным источником железа до 16 века, когда стали доступны лучшие руды Уральских гор . [цитата необходима ]

Северная Америка [ править ]

Доколумбовой [ править ]

Железо могло быть произведено викингами в Пойнт-Рози и других местах Ньюфаундленда примерно в 1000 году нашей эры. [11] [12] Раскопки в L'Anse aux Meadows обнаружили значительные свидетельства обработки болотного железа и производства железной руды. [5] Поселение в L'Anse aux Meadows было расположено сразу к востоку от осокового торфяного болота, и на этом участке было обнаружено 15 кг шлака, из которого можно было бы произвести около 3 кг полезного железа. [5] Анализ шлака показал, что из руды можно было выплавить значительно больше железа, что указывает на то, что рабочие, обрабатывающие руду, не имели квалификации. [5]Это подтверждает идею о том, что знания в области обработки железа были широко распространены и не ограничивались крупными торговыми центрами. [5] 98 фрагментов гвоздей были также найдены на месте, а также значительные свидетельства обработки дерева, которые указывают на то, что железо, произведенное на этом месте, возможно, использовалось только для ремонта судов, а не для изготовления инструментов. [5] [13]

Колониальная Северная Америка [ править ]

Болотное железо широко искали в колониальной Северной Америке . Самые ранние из известных железных рудников в Северной Америке - рудники из Сент-Джонс, Ньюфаундленд , о которых сообщил Энтони Паркхерст в 1578 году. [14] Первые попытки добычи полезных ископаемых в Вирджинии были предприняты еще в 1608 году. В 1619 году был основан завод Falling Creek Ironworks. в графстве Честерфилд, штат Вирджиния . Здесь была размещена первая доменная печь в Северной Америке. [15] [16]

Озеро Массапоаг в Массачусетсе было затоплено из-за углубления выпускного канала в поисках болотного железа. [17] Saugus металлургический завод Национальный исторический , на реке Saugus в Saugus, Массачусетс , эксплуатируемые между 1646 и 1668. Сайт содержит музей и несколько реконструированных зданий. [18] Успех Saugus Iron Works и быстрое истощение запасов природного болотного железа в регионе побудили владельцев отправить старателей в прилегающую сельскую местность. В 1658 году компания купила 1 600 акров (6,5 км 2 ) земли, которая занимала территории, которые сейчас являются Конкордом, Актоном и Садбери. Они открыли крупное производство в г.Конкорд, штат Массачусетс , вдоль реки Ассабет с плотинами, прудами, водотоками и очагами, но к 1694 году естественное болотное железо там также было исчерпано, и земля была продана для ведения сельского хозяйства. [19]

В Центральном и Южном Нью-Джерси болотная руда добывалась и очищалась для производства инструментов, устойчивых к ржавчине, и рельсов из кованого железа , многие из которых до сих пор украшают лестницы в Трентоне и Камдене . [20] Во время американской революции ядра из болотного железа были отлиты для колониальных сил.

Соединенные Штаты XIX века [ править ]

Болотное железо было также найдено на восточном берегу Мэриленда . Остатки промышленной плавки возле Сноу-Хилла, штат Мэриленд , в настоящее время являются государственным и национальным историческим памятником. Известный как Горный город , он был назван Железной печью Насаванго в честь близлежащего ручья. Коммерческая печь работала примерно с 1825 по 1850 год.

Компания Shapleigh Iron Company построила плавильный завод в Норт-Шепли, штат Мэн , в 1836 году для разработки небольшого месторождения болотного железа в пруду Литл-Осипи. Завод начал работу в 1837 году, но, согласно истории Шепли за 1854 год, «бизнес [оказался] убыточным [и] вея публикация на сайте. [21] [22] [23]

См. Также [ править ]

  • Лимонит  - Оксидный минерал
  • Железная руда  - руда, богатая железом или элементом Fe.
  • Рудогенез  - как в земной коре образуются различные типы залежей полезных ископаемых.
  • Acidithiobacillus ferrooxidans  - род бактерий (железоокисляющие бактерии)
  • Черная металлургия

Ссылки [ править ]

  1. ^ Качорек, Данута, Герхард В. Брюммер и Майкл Зоммер (2009). «Содержание и формы связывания тяжелых металлов, алюминия и фосфора в болотных железных рудах Польши» . Журнал качества окружающей среды . 38 (3): 1109–1119. DOI : 10,2134 / jeq2008.0125 . PMID  19398508 - через цифровую библиотеку Альянса обществ по растениеводству, почве и окружающей среде.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  2. ^ a b Рзепа, Гжегож, Томаш Байда и Тадеуш Ратайчак (2009). «Использование болотных железных руд в качестве сорбентов тяжелых металлов». Журнал опасных материалов . 162 (2–3): 1007–1013. DOI : 10.1016 / j.jhazmat.2008.05.135 . PMID 18614286 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  3. ^ a b c d e f g Хейманн, Р. Б., У. Креер, И. Спазье и Г. Ветцель (2002). «Минералогические и химические исследования шлаков цветения доисторических (8 век до н.э. до 4 века нашей эры) мест производства железа в Верхней и Нижней Лузии, Германия». Археометрия . 43 (2): 227–252. DOI : 10.1111 / 1475-4754.00016 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  4. ^ a b c d e Стэнтон, М. Р., Д. Б. Ягер, Д. Л. Фей и В. Г. Райт (2007). «Формирование и геохимическое значение залежей железного болота - Глава 14 - Формирование и геохимическое значение залежей железного болота» (PDF) . Профессиональная газета геологической службы США : 1096. CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  5. ^ a b c d e f g h i j k Боулз Г., Р. Боукер и Н. Самсонов (2011). «Экспансия викингов и поиски болотного железа» . Платфорум . 12 : 25–37.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  6. ^ Sitschick, Г. Ф. Людвиг, Э. Ветцель, Дж Luckert, Т. Höding (2005). "Raseneisenerz - auch in Brandenburg ein Mineralischer Rohstoff mit bedeutender wirtschaftlicher Vergangenheit" (PDF) . Brandenburgische Geowissenschaftliche Beiträge . 12 : 119–128. CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  7. ^ a b c d e f Телеман, М., В. Бебермайер, П. Хольцманн и Э. Ленхардт (2017). «Болотная железная руда как ресурс для производства доисторического железа в Центральной Европе - тематическое исследование водосборного бассейна Видава в восточной Силезии, Польша». Катена . 149 (1): 474–490. DOI : 10.1016 / j.catena.2016.04.002 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  8. ^ Koschke, Wolfgang (2002). "Raseneisenerz und Eisenhüttenindustrie in der nördlichen Oberlausitz". Freundeskreis Stadt- und Parkmuseum Bad Muskau EV .
  9. ^ Сперлинг, Дитер (2003). Rohstoffgewinnung und Altbergbau im Förderraum Calau . Förderverein Kulturlandschaft Niederlausitz. ISBN 9783980803526.
  10. ↑ Мария Сьёберг и Антон Томилов, «Производство железа в крестьянских общинах», в «Общества производителей железа: раннее промышленное развитие в Швеции и России», 1600–1900, изд. Мария Агрен, 33–60 (Нью-Йорк: Берган, 1998), 33–36, 59–60; Андерс Флорен, Йоран Риден, Людмила Дашкевич, Д.В. Гаврилов и Сергей Устянцев, «Социальная организация труда на рудниках, печах и кузницах», в Общества производителей железа: раннее промышленное развитие в Швеции и России, 1600–1900, под ред. . Мария Агрен, 61–138 (Нью-Йорк: Берган, 1998), 62–65.
  11. ↑ Штраус, Марк (31 марта 2016 г.). «Открытие может переписать историю викингов в Новом Свете» . National Geographic . Нэшнл Географик Партнерс, ООО . Проверено 25 октября +2016 .
  12. ↑ Каплан, Сара (2 апреля 2016 г.). «Древнее место, обнаруженное из космоса, могло бы переписать историю викингов в Северной Америке» . SentinelSource.com . SentinelSource.com, Кин, Нью-Хэмпшир . Проверено 25 октября +2016 .
  13. ^ Льюис-Симпсон, Шеннон (2000). Возвращение Винланда: скандинавский мир на рубеже первого тысячелетия . Сент-Джонс, Ньюфаундленд: Сент-Джонс, Ньюфаундленд: Ассоциация исторических мест Ньюфаундленда и Лабрадора, Inc. ISBN 0-919735-07-X.
  14. ^ "ПИСЬМО ОТ ЭНТОНИ ПАРКХЕРСТА РИЧАРДУ ХАКЛУЙТУ, Юристу, 1578 г." (PDF) .
  15. ^ Хэтч, Чарльз Э., младший; Грегори, Терлоу Гейтс (июль 1962 г.). «Первая американская доменная печь, 1619-1622 годы: рождение мощной промышленности на Фоллинг-Крик в Вирджинии». Журнал истории и биографии Вирджинии . Историческое общество Вирджинии. 70 (3): 259–296. JSTOR 4246864 . 
  16. ^ Гейст, Кристофер. «Работы в Фоллинг-Крик» . Колониальный Вильямсбург . Колониальный фонд Вильямсбурга . Проверено 25 октября +2016 .
  17. ^ Дайана Мьюир, Размышления в пруду Буллоу , Университетское издательство Новой Англии, 2000.
  18. ^ "Saugus Iron Works" . Служба национальных парков . Служба национальных парков, Министерство внутренних дел США . Проверено 25 октября +2016 .
  19. ^ Уиллер, Мэриан Х. "Конкорд Айрон Работы" . Архивировано из оригинала на 2010-10-22 . Проверено 8 марта 2018 . Конкорд железный завод
  20. ^ Барри Брэди. «Ранние поселенцы делали здесь железо» (PDF) . Комиссия по Пайнелендам Нью-Джерси . Проверено 24 апр 2018 .
  21. ^ Лоринг, преподобный Амаса. История Шепли , Портленд, Мэн: Браун и Терстон, 1854 г.
  22. ^ Леонард, Эдвард Х. Ежемесячная производственная практика Минералогического и геологического общества штата Мэн. Камни и минералы 5 (2): 49 (июнь 1930).
  23. ^ Веддл, Томас К. Железный век штата Мэн, Часть II: Компания Shapleigh Iron: набег на промышленную (гео) археологию в геологических фактах и местах штата Мэн . Огаста, штат Мэн: Геологическая служба штата Мэн, ноябрь 2003 г. https://digitalmaine.com/mgs_publications/370/, дата обращения 9.06.2019.

Внешние ссылки [ править ]

  • Файл PDF в формате ASME с подробными чертежами реконструкции печи и окружающей среды.
  • Печь Насаванго в Историческом фонде Мэриленда.
  • «Болотная руда»  . Американская циклопедия . 1879 г.