stringtranslate.com

Болотное железо

Болотная руда

Болотное железо — это форма отложений нечистого железа , которая образуется в болотах или болотах в результате химического или биохимического окисления железа, находящегося в растворе. В целом болотные руды состоят в основном из оксигидроксидов железа , обычно гетита (FeO(OH)).

Железосодержащие подземные воды обычно возникают в виде родника , и содержащееся в них железо образует гидроксид железа при контакте с окислительной средой на поверхности. Болотная руда часто сочетает в себе гетит , магнетит и каверны или окрашенный кварц . Окисление может происходить посредством ферментативного катализа железобактериями . Неясно, осаждается ли магнетит при первом контакте с кислородом, а затем окисляется до соединений железа, или же соединения железа восстанавливаются при воздействии бескислородных условий при захоронении под поверхностью осадка и повторно окисляются при эксгумации на поверхности. [ нужна цитата ]

Болотное железо, как и другие водные оксиды железа , имеет специфическое сродство к тяжелым металлам . [1] Это сродство в сочетании с пористой структурой и высокой удельной поверхностью болотного железа делает его хорошим природным 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 Гермой — использование болотной руды в архитектуре

Железо, изготовленное из болотной руды, часто содержит остаточные силикаты , которые могут образовывать стекловидное покрытие, придающее некоторую устойчивость к ржавчине .

Типичные железосодержащие подземные воды, образующиеся родником. Железо окисляется до гидроксида железа при контакте с окислительной средой поверхности. Большое количество этих родников и выходов в пойме реки обеспечивает железо для болотных залежей железа.

Формирование

Железо попадает в болота в железосодержащих подземных водах с низким pH и низким содержанием растворенного кислорода , которые достигают поверхности через родники, вместе со структурами трещин или там, где грунтовые воды пересекают поверхностные потоки. [3] Железо в воде затем окисляется растворенным кислородом или посредством ферментативного катализа железобактериями (например, Thiobacillus FerroOXIDANS и ThioBacillus ThioOxidans ), которые концентрируют железо в ходе своих жизненных процессов. [4] Присутствие этих бактерий можно обнаружить по маслянистой пленке, которую они оставляют на поверхности воды. [3] Это изменение степени окисления приводит к осаждению мелкозернистых твердых частиц железа вблизи точки разгрузки грунтовых вод. [3] Различные минералы железа, такие как гетит , магнетит , гематит , швертманнит и аморфные твердые вещества, богатые сульфатом железа, алюминия, могут образовываться в результате окисления двухвалентного железа в присутствующих кислых условиях. [4] Все фотосинтезаторы играют двойную роль: как производители кислорода и, следовательно, как пассивные окислители железа, и как поверхности, на которых железо может сорбироваться или связываться. [4] Это приводит к тому, что водные растения покрываются светло-оранжевыми хлопьями оксигидроксида железа вблизи места выделения газообразного кислорода из растений. [4] Такие факторы, как местная геология, минералогия материнских пород, состав грунтовых вод, а также геохимически активные микробы и растения, влияют на образование, рост и сохранение железных болот. [4] Болотное железо является возобновляемым ресурсом; одно и то же болото можно собирать примерно один раз в каждом поколении. [3]

Добыча железа

Европейцы разработали выплавку железа из болотного железа в доримский железный век V/IV–I веков до нашей эры, а большая часть железа эпохи викингов (конец первого тысячелетия нашей эры) выплавлялась из болотного железа. [3] Люди могут перерабатывать болотное железо с помощью ограниченной технологии, поскольку для удаления многих примесей его не нужно плавить. [5] Из-за своей легкой доступности и возможности восстановления болотное железо широко использовалось для раннего производства железа. [6] Ранние металлурги идентифицировали залежи болотного железа по таким индикаторам, как увядшая трава, влажная среда, влаголюбивая растительность с преобладанием травы, а также красновато-коричневые растворы или отложения в близлежащих водах. [7] Они втыкали в землю деревянные или металлические палки, чтобы обнаружить более крупные залежи руды, [7] а также разрезали и выдергивали слои торфа в болоте с помощью торфяных ножей, чтобы извлечь более мелкие, размером с горошину, конкреции болотного железа. [3] Раннее производство железа из болотной руды в основном происходило в блюмерных печах. [7] Ресурсами, необходимыми для производства, были древесина для производства древесного угля , глина для строительства печей для обжига и вода для обработки. [7] Железо в руде превращается в губчатый железный блюм , который остается в верхней части печи, в то время как нежелательные элементы стекают вниз в виде шлака . [8] Плавка в блюмерной печи часто приводит к тому, что от 10 до 20 массовых процентов Fe превращается в железный блюм, а остальная часть переходит в шлак. [9] Затем блюм необходимо закрепить молотком, чтобы получить пригодное для использования кованое железо . Есть некоторые археологические свидетельства того, что известь добавляли в печи для обработки руд, богатых кремнеземом, которые было трудно плавить в процессе цветения. [3]

Европа

Первые попытки выплавки железа на Ближнем Востоке датируются 2-м тысячелетием до нашей эры . [7] Затем в следующие два тысячелетия технология распространилась по всей Европе, достигнув Польши во 2 веке до нашей эры. [7] Производство железа достигло Скандинавии примерно в 800-500 гг. до н.э. Места производства железа в центральной Швеции датируются поздним бронзовым веком, и инновации могли быть переданы как с юга, так и с востока. В качестве руды использовался лимонит в виде краснозема и болотной руды. С 200 г. н.э. использовалась руда из лимонитовых месторождений в озерах. Руда сокращалась в цветущих месторождениях. Есть свидетельства прямой связи между поселениями викингов в Северной Европе и Северной Америке и месторождениями болотного железа. [5] Болотное железо доминировало в производстве железа в населенных пунктах Скандинавии , включая Скандинавию и Финляндию, с 500 по 1300 год нашей эры. [5] Крупномасштабное производство болотного железа также было налажено в Исландии на участках, известных как «Железные фермы». [5] Менее масштабные производственные площадки в Исландии состояли из крупных ферм и некоторых первоначальных исландских поселений, но, похоже, они производили достаточно железа только для того, чтобы быть самодостаточными. [5] Даже после того, как усовершенствованная технология плавки сделала добытые руды жизнеспособными в средние века, болотная руда оставалась важной и в наше время, особенно в крестьянском производстве железа. [10] В России болотная руда была основным источником железа до 16 века, когда стали доступны превосходные руды Уральских гор . [ нужна цитата ]

Северная Америка

доколумбовый период

Железо производили викинги на Ньюфаундленде около 1021 года нашей эры. [11] Раскопки в L'Anse aux Meadows обнаружили значительные доказательства переработки болотного железа и производства железной руды. [5] Поселение в Л'Анс-о-Медоуз находилось непосредственно к востоку от осокового торфяника, и на этом месте 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, перерабатывающие руду, не были квалифицированы. [5] Это подтверждает идею о том, что знания в области обработки железа были широко распространены и не ограничивались крупными центрами торговли и коммерции. [5] На этом месте также были найдены девяносто восемь фрагментов гвоздей, а также значительные свидетельства работы по дереву, что указывает на то, что железо, произведенное на этом месте, возможно, использовалось только для ремонта кораблей, а не для изготовления инструментов. [5] [12]

Колониальная Северная Америка

Болотное железо широко искали в колониальной Северной Америке . Самыми ранними известными железными рудниками в Северной Америке являются рудники в Сент-Джонсе, Ньюфаундленд , которые, как сообщается, эксплуатировались Энтони Паркхерстом в 1578 году. [13] Первые попытки добычи полезных ископаемых в Вирджинии произошли еще в 1608 году. Округ Честерфилд, штат Вирджиния . Здесь располагалась первая доменная печь в Северной Америке. [14] [15]

Озеро Массапоаг в Массачусетсе было вытоплено в результате углубления выходного канала в поисках болотного железа. [16] Национальный исторический музей Saugus Iron Works , расположенный на реке Согус в Согусе, штат Массачусетс , действовал между 1646 и 1668 годами. На этом месте находится музей и несколько реконструированных зданий. [17] Успех Saugus Iron Works и быстрое истощение запасов природного болотного железа в регионе побудили владельцев отправить старателей в окружающую сельскую местность. В 1658 году компания купила 1600 акров (6,5 км 2 ) земли, которая занимала территории, которые сейчас называются Конкорд, Актон и Садбери. Они основали крупный производственный комплекс в Конкорде, штат Массачусетс , вдоль реки Ассабет с плотинами, прудами, водотоками и очагами, но к 1694 году природное болотное железо и там было исчерпано, и земля была продана для ведения сельского хозяйства. [18]

В Центральном и Южном Нью-Джерси болотная руда добывалась и перерабатывалась для производства естественно устойчивых к ржавчине инструментов и перил из кованого железа , многие из которых до сих пор украшают лестницы в Трентоне и Камдене . [19] Во время американской революции пушечные ядра из болотного железа были отлиты для колониальных войск.

США 19 века

Болотное железо было также найдено на восточном берегу Мэриленда . Остатки коммерческого плавильного завода недалеко от Сноу-Хилла, штат Мэриленд , теперь являются историческим памятником штата и страны. Известный как «Город печей», он назывался « Железная печь Нассаванго» в честь близлежащего ручья. Коммерческая печь работала примерно с 1825 по 1850 год.

Компания Shapleigh Iron Company построила плавильный завод в Норт-Шапли, штат Мэн , в 1836 году для разработки небольшого месторождения болотного железа в пруду Литл-Оссипи. Завод начал работу в 1837 году, но, согласно истории Шепли 1854 года, «бизнес [оказал] убыточным, поэтому через несколько лет от него отказались». [20] [21] [22]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Качорек, Данута, Герхард В. Брюммер и Майкл Зоммер (2009). «Содержание и связывающие формы тяжелых металлов, алюминия и фосфора в болотных железных рудах Польши». Журнал качества окружающей среды . 38 (3): 1109–1119. дои : 10.2134/jeq2008.0125. PMID  19398508. Архивировано из оригинала 07 февраля 2019 г. Получено 6 февраля 2019 г. - из цифровой библиотеки Альянса обществ сельскохозяйственных, почвенных и экологических наук.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  2. ^ Аб Ржепа, Гжегож, Томаш Байда и Тадеуш Ратайчак (2009). «Использование болотных железных руд в качестве сорбентов тяжелых металлов». Журнал опасных материалов . 162 (2–3): 1007–1013. дои : 10.1016/j.jhazmat.2008.05.135. ПМИД  18614286.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  3. ^ abcdefg Хейманн, РБ, У. Креер, И. Спазиер и Г. Ветцель (2002). «Минералогические и химические исследования цветущих шлаков из доисторических (8-й век до н. э. – 4-й век нашей эры) мест производства железа в Верхней и Нижней Лужице, Германия». Археометрия . 43 (2): 227–252. дои : 10.1111/1475-4754.00016.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  4. ^ abcde Stanton, MR, DB Yager, DL Fey и WG Wright (2007). «Формирование и геохимическое значение отложений железных болот - Глава 14 - Формирование и геохимическое значение отложений железных болот» (PDF) . Профессиональный документ Геологической службы США : 1096.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  5. ^ abcdefghij Боулз, Г., Р. Боукер и Н. Самсонофф (2011). «Экспансия викингов и поиски болотного железа». Платформа . 12 : 25–37.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  6. ^ Ситчик, Х., Ф. Людвиг, Э. Ветцель, Дж. Лукерт, Т. Хёдинг (2005). «Raseneisenerz – auch в Бранденбурге ein Mineralischer Rohstoff mit bedeutender wirtschaftlicher Vergangenheit» (PDF) . Brandenburgische Geowissenschaftliche Beiträge . 12 : 119–128. Архивировано из оригинала (PDF) 6 апреля 2019 г. Проверено 6 апреля 2019 г.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  7. ^ abcdef Телеманн, М., В. Бебермайер, П. Хольцманн и Э. Ленхардт (2017). «Болотная железная руда как ресурс для доисторического производства железа в Центральной Европе — пример водосборного бассейна Видава в восточной Силезии, Польша». Катена . 149 (1): 474–490. Бибкод : 2017Caten.149..474T. дои : 10.1016/j.catena.2016.04.002. Архивировано (PDF) из оригинала 19 сентября 2021 г.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  8. ^ Кошке, Вольфганг (2002). «Raseneisenerz und Eisenhüttenindustrie в северном Оберлаузице». Freundeskreis Stadt- und Parkmuseum Бад-Мускау EV .
  9. ^ Сперлинг, Дитер (2003). Rohstoffgewinnung und Altbergbau im Förderraum Calau . Förderverein Kulturlandschaft Niederlausitz. ISBN 978-3-9808035-2-6.
  10. ^ Мария Сьёберг и Антон Томилов, «Производство железа в крестьянских общинах», в «Общества по производству железа: раннее промышленное развитие в Швеции и России, 1600–1900», изд. Мария Огрен, 33–60 (Нью-Йорк: Berghahn, 1998), 33–36, 59–60; Андерс Флорен, Йоран Риден, Людмила Дашкевич, Д.В. Гаврилов и Сергей Устьянцев, «Социальная организация труда на рудниках, печах и кузницах», в «Общества производителей железа: раннее промышленное развитие в Швеции и России, 1600–1900», изд. . Мария Огрен, 61–138 (Нью-Йорк: Berghahn, 1998), 62–65.
  11. ^ Куитес, Марго; Уоллес, Биргитта Л.; Линдси, Чарльз; Шифо, Андреа; Дов, Петра; Дженкинс, Кевин; Линдауэр, Сюзанна; Эрдил, Пинар; Леджер, Пол М.; Форбс, Вероника; Вермеерен, Кэролайн (20 октября 2021 г.). «Доказательства присутствия европейцев в Америке в 1021 году нашей эры». Природа . 601 (7893): 388–391. дои : 10.1038/s41586-021-03972-8. ISSN  1476-4687. ПМЦ 8770119 . PMID  34671168. S2CID  239051036. Наш результат: 1021 год нашей эры для года сокращения, представляет собой единственную надежную календарную дату присутствия европейцев через Атлантику до путешествия Колумба. Более того, примечателен и неожидан тот факт, что наши результаты на трех разных деревьях сходятся в одном и том же году. Это совпадение убедительно свидетельствует о деятельности норвежцев в Л'Анс-о-Медоуз в 1021 году нашей эры. Кроме того, наше исследование демонстрирует потенциал аномалии 993 года нашей эры в концентрациях 14C в атмосфере для точного определения возраста прошлых миграций и культурных взаимодействий. 
  12. ^ Льюис-Симпсон, Шеннон (2000). Возвращение к Винланду: норвежский мир на рубеже первого тысячелетия . Сент-Джонс, Ньюфаундленд: Сент-Джонс, Ньюфаундленд: Ассоциация исторических мест Ньюфаундленда и Лабрадора, Inc. ISBN 0-919735-07-Х.
  13. ^ «ПИСЬМО ОТ ЭНТОНИ ПАРКХЕРСТА РИЧАРДУ ХАКЛЮЙТУ, юристу, 1578 г.» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 27 октября 2016 г. Проверено 26 октября 2016 г.
  14. ^ Хэтч, Чарльз Э. младший; Грегори, Терлоу Гейтс (июль 1962 г.). «Первая американская доменная печь, 1619–1622: рождение мощной промышленности в Фоллинг-Крик в Вирджинии». Журнал истории и биографии Вирджинии . Историческое общество Вирджинии. 70 (3): 259–296. JSTOR  4246864.
  15. ^ Гейст, Кристофер. «Работы в Фоллинг-Крик». Колониальный Вильямсбург . Колониальный фонд Вильямсбурга . Проверено 25 октября 2016 г.
  16. ^ Дайана Мьюир, Размышления в пруду Буллоу , Университетское издательство Новой Англии, 2000.
  17. ^ "Металлургический завод Саугуса" . Служба национальных парков . Служба национальных парков Министерства внутренних дел США . Проверено 25 октября 2016 г.
  18. ^ Уиллер, Мэриан Х. «Металлургический завод Конкорд». Архивировано из оригинала 22 октября 2010 г. Проверено 8 марта 2018 г.Металлургический завод Конкорд
  19. ^ Барри Брэди. «Ранние поселенцы делали здесь железо» (PDF) . Комиссия Нью-Джерси Пайнлендс . Проверено 24 апреля 2018 г.
  20. ^ Лоринг, преподобный Амаса. История Шепли, Портленд, Мэн: Браун и Терстон, 1854. с. 39.
  21. ^ Леонард, Эдвард Х. Ежемесячная экскурсия Минералогического и геологического общества штата Мэн. Камни и минералы 5 (2): 49 (июнь 1930 г.).
  22. ^ Уэддл, Томас К. Железный век штата Мэн, Часть II: Железная компания Шепли: набег на промышленную (гео)археологию в геологических фактах и ​​местностях штата Мэн . Огаста, штат Мэн: Геологическая служба штата Мэн, ноябрь 2003 г. https://digitalmaine.com/mgs_publications/370/, по состоянию на 9.06.2019.

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме болотного железа .