Каталог
  

Железная болотная руда


Руда болотная: состав, месторождения, особенности добычи

В Киевской, а потом и в Московской Руси почти до конца XVI столетия основной сырьевой базой для производства железа являлись залегающие близко к поверхности болотные и озерные руды. Научным термином они именуются как «бурый железняк органического происхождения» или «лимонит». Сегодняшние названия некоторых поселений, урочищ и ручьев до сих пор отображают интерес древности к этому сырью: деревня Железняки, водоем Рудокоп, ручей Ржавец. Непритязательный болотный ресурс выдавал железо весьма сомнительного качества, но именно оно долгое время спасало Русское государство.

Характеристика болотной руды

Руда на болотах представляет разновидность бурого железняка, отлагающегося в заболоченной местности на корневищах водных растений. По виду она обычно являет собой россыпи или кряжистые землистые куски красно-рыжих оттенков, состав которых большей частью представлен гидратом окиси железа, а также включает воду и разные примеси. Не так часто в составе можно встретить окись никеля, хрома, титана или фосфора.

Болотные руды бедны содержанием железа (от 18 % до 40 %), но имеют одно неоспоримое достоинство: выплавка металла из них происходит при температуре всего 400 градусов по Цельсию, а 700–800 градусов могут дать уже железо приемлемого качества. Таким образом, производство из такого сырья легко можно наладить и в простых печах.

Болотная руда широко распространена в Восточной Европе и всюду сопутствует лесам умеренного пояса. Южная граница ее распространения совпадает с южным рубежом лесостепи. В степных зонах железная руда данного типа почти отсутствует.

По страницам истории

Болотная руда длительное время превалировала над рудой жильной. В Древней Руси для изготовления железных изделий прибегали к руде, собранной на болотах. Извлекали ее черпаком, убирая сверху тонкий слой растительного покрова. Поэтому такая руда известна еще как «дерновая» или «луговая».

Добыча железа из болотной руды являлась сугубо сельским ремеслом. На промысел крестьяне выходили, как правило, в конце летнего сезона и ранней осенью. При поиске руды использовали деревянный кол с заостренным концом, которым пробивали верхний слой дерна, погружая на небольшую глубину 20-35 сантиметров. Результаты поиска добытчиков венчались производимым колом определенным звуком, а затем по цвету и вкусу куска определяли извлекаемую породу. На просушку руды от лишней влаги уходило до двух месяцев, а в октябре ее уже прокаливали на кострах, выжигая различные примеси. Окончательная выплавка производилась зимой в доменных печах. Секреты того, как добыть болотную руду, передавались по наследству и сохранялись поколениями.

Интересно, что в древнерусском языке лексема «руда» употреблялась в значении и руда, и кровь, а производная «рудый» являлась синонимом «красный» и «рыжий».

Образование руды

В 1836 году немецкий геолог Х. Г. Эренберг впервые сформулировал гипотезу, что разрастающиеся донные отложения бурого железняка в болоте являются результатом жизнедеятельности железобактерий. При этом, несмотря на свободное развитие в природной среде, этот главный организатор болотной руды по сей день не поддается разведению в лабораторных условиях. Его клетки покрыты своеобразным чехлом из гидроокиси железа. Таким образом, в водоемах через развитие и жизнедеятельность железобактерий совершается постепенное скапливание железа.

Рассеянные частицы соли железа первичного месторождения проходят в грунтовые воды и при значительном скоплении оседают в рыхлых неглубоких наносах в виде гнезд, почек или линз. Встречаются эти руды в низменных и очень влажных местах, а также в долинах рек и озер.

Еще один фактор, оказывающий влияние на образование болотной руды - это череда окислительно-восстановительных процессов в общем развитии болотной системы.

Месторождения

Крупнейшие месторождения болотной руды в России находятся на Урале, где суммарный запас всех залежей составляет порядка 16,5 млн тонн. Бурый железняк органического происхождения содержит железо от 47 % до 52 %, наличие глинозема и кремнезема находится в умеренных пределах. Такая руда выгодно применяется для плавки.

В Карельской республике, в Новгородской, Тверской и Ленинградской областях встречаются месторождения гетита (гидрат окиси железа), который сосредоточен большей частью в болотах и озерах. И хотя он содержит много ненужных примесей, однако легкость добычи и обработки делали его экономически выгодным. Объемы озерной руды настолько существенны, что при железоплавильных заводах Олонецкого округа в 1891 году извлечение этих руд достигало 535000 пудов, и было выплавлено 189500 пудов чугуна.

Тульская и Липецкая области также богаты бурожелезняковыми рудами болотного генезиса. Железо в составе колеблется в пределах 30-40 %, наличествует высокое содержание марганца.

Особенности добычи

Болотная руда в наши дни едва ли рассматривается как полезное ископаемое и не вызывает большого интереса для развития местной промышленности. И если для металлургии незначительная мощность рудосодержащих пластов не представляет никакой ценности, то для домашнего любительского хобби они в самый раз.

В природе такая руда встречаются всевозможного вида и качества, от объемистых бобовин и мелких крошек до сапропелевидного строения. Их залежи размещаются на дне топей, в низинах и на прилегающих к ним склонах возвышенностей. Места расположения опытные промысловики определяют по характерной ржавой воде и темному илу на поверхности болот, а также по ряду других признаков. Сняв верхний пласт грунта, часто по колено в воде, а порой и по пояс, они извлекают «железную землю» красно-рыжих оттенков. Стоит отметить, что руда с высоких мест и под зарослями березняка считается лучшей, поскольку железо из нее будет мягче, а вот более твердое железо получается из руды, находящейся под ельниками.

Дальнейший процесс с незапамятных времен не сильно изменился и заключает в себе примитивную сортировку сырья, чистку от растительных остатков и измельчение. Затем руда складывается на сухие места, на землю или специальные деревянные настилы и оставляется на время для просушки. На заключительном этапе ее обжигают для удаления оставшейся органики и отправляют на выплавку в горны.

Наличие в составе болотных руд фосфора и других металлических добавок приводит к уменьшению использования лимонитных пород для выплавки стали и чугуна. Металлурги все чаще применяют землистые разновидности как сырье для изготовления формовочных смесей. С недавних пор болотная руда стала востребована в химических очистителях, на коксовых заводах с ее помощью удаляют сероводород из воздуха. А в некоторых государствах Европы она задействована для очистки бытового газа. Определенные виды бурого железняка применяются также для производства лакокрасочной продукции, в частности охры и умбры.

Такая разновидность болотной руды как «бурая стеклянная голова» в своем самородном состоянии весьма ценится ювелирными мастерами и коллекционерами камней. Из ее кристаллов создаются изысканные украшения на любой вкус: подвески, браслеты, кулоны, кольца и серьги. Лимонит прекрасно сочетается с серебром.

fb.ru

Откуда появилась болотная железная руда?

Не только животные и растения, и не только воздушная оболочка планеты зависят от деятельности микроорганизмов. Каменная и водная оболочки Земли сильно изменены и продолжают меняться под воздействием микробов. Они создают острова и превращают в песок скалы, перебрасывают с места на место тысячи тонн металлических руд и изготовляют из нефти горючие газы. Не верите? Многие ученые-геологи тоже сначала не очень верили, когда об этом впервые заговорили патриоты геологической микробиологии — науки, изучающей работу микробов в земной коре. Каждый год приносит нам новые свидетельства влияния микробов на геологические процессы, например, в знаменитом Криворожском железорудном бассейне. Это касается микробного происхождения болотной железной руды, что стало бесспорным научным фактом. Ведь именно микробы собрали железо в эти месторождения.

Как это произошло? Да примерно так. Железо — металл, который в разных условиях проявляет разную валентность. Под валентностью в химии понимают количество связей, которыми один атом вещества может быть соединен с другими. Например, водород — одновалентен, медь — двухвалентна. А вот атом железа в одних условиях двухвалентен, а в других, может иметь целых три валентных связи. Соединения двухвалентного железа называют закисными, трехвалентного — окисными. Эти соединения совершенно различны. Закисное железо частично растворяется в воде, а окисное практически нерастворимо. Размывая месторождения закисного железа, вода растворяет и уносит его с собой. И вот тут-то в дело вступают так называемые железобактерии. Под микроскопом они очень похожи на серые веточки. Скромные, незаметные создания. Но их тельца окружены настоящими железными панцирями. Панцирь железобактерии в десятки раз тяжелее своей хозяйки. Состоит он из гидрата окиси железа (это, кстати, главная составная часть самой обычной ржавчины). Но откуда он появился? Ведь растворено в воде закисное железо. Это железобактерии окислили его, добавили «лишние» атомы кислорода. Мы же знаем, что при окислении выделяется тепло. Вот это тепло и взяли себе бактерии за работу. С его помощью они изготовляют из углекислого газа и минеральных солей белки и прочие вещества для своего организма.

Углекислота и соли — это сырая пища для бактерий, а закисное железо — «дрова в печке». Когда дрова сгорят, остается «зола»- водная окись железа. «Золы» очень много. Там, где железобактерии стали тяжелее на 1 г «живого веса», ее прибавится целых 400 грамм.

Железобактерии прекрасно себя чувствуют в больших водоемах, болотах, озерах, морях. И поэтому там, в течение тысячелетий, на дне собираются запасы руды. Руда, созданная бактериями, обычно состоит из небольших комочков — конкреций, как их называют. Болотные руды залегают у самой поверхности Земли, и поэтому они первыми попали в руки человека. Именно из них было выплавлено первое железо. Плоды жизнедеятельности железобактерий дали начало «железному веку», который еще не закончился и по сей день.

pochemuha.ru

Эксперименты по выплавке железа из болотной руды.

Часть 1. Зачем все это надо?

Если речь идет о создании реплики исторического артефакта (например, ножа или топора Х века), то перед мастером стоит как минимум 3 задачи:

1. Повторить внешний вид. Другими словами, создать масса-габаритную модель. Пример реплика топора из могильника Якштайчай, Литва. Топор изготовлен с соблюдением размеров оригинала.

 

По внешнему виду средневековое оружие исследовали такие известные авторы как Эвард Окшотт, Ян Петерсен, Анатолий Кирпичников.

2. Структура кованого изделия. Большинство средневековых артефактов изготовлено, говоря современным языком, как минимум, из двух разных марок сталей. Тут речь идет о технологии кузнечной сварки, о технологии изготовления дамасской стали. Из-за дороговизны углеродистой стали в средние века, широко применялась технология, когда только рабочая часть изделия (например, в ноже это лезвие) была стальной, а все остальное изготавливалось из железа или низкокачественной стали.

 

 

Подробнее эта тема рассмотрена на практике на примере ковки клинка скрамасакса. О структуре средневековых кованых изделий можно судить по таким книгам как «Дамасская сталь в странах бассейна Балтийского моря» Антейн А.К. и  «Кузнечное ремесло Полоцкой земли. IX–XIII вв.» Гурин, М.Ф.

3. Собственно металл. Сталь Х века и сталь ХХI века это 2 принципиально разных по способу получения материала. И как следствие, свойства этих материалов отличаются. Вероятно, из-за этих отличий и получило широкое распространение такое направление в кузнечном деле как дамасская сталь. Топор из сыродутного железа.

Основной способ получения железа в средние века – плавка болотной руды в сыродутных горнах. Суть сыродутного процесса в том, что воздух для горения топлива подается не подогретым, атмосферных параметров.

Конструкция средневековых печей описана в книге Бориса Колчина «Черная металлургия и металлообработка в Древней Руси».

Часть 2. Сырье и подготовка к плавке.

Болотная руда — это бурый железняк, или лимонит. Основное из чего она состоит это Fe2O3. Вот так выглядит в природе.

  

Восстанавливается руда до чистого металла древесным углем. Перед плавкой руду обогащают путем промывки от лишней породы.

Далее – прожиг руды. При прожиге выгорает органика, руда приобретает характерный красноватый оттенок и хорошо притягивается к магниту. После прожига руду легче измельчить.

 

Первую плавку руды я сделал в графито-шамотном тигле в камере газового горна. Из 400 грамм руды получилось 160 грамм железа. Слиток пористый, поры чистые без неметаллических вкраплений.

Был сделан спектральный анализ этого слитка на легирующие элементы и примеси.

Анализ показал содержание углерода – 0.14%. Вероятно, углерод поступил в железо из древесного угля, в следствии процесса цементации поверхности. Вероятно, длительное нахождения слитка железа в области высоких температур обеспечило хорошую диффузию углерода, и как следствие равномерное его распределение по всему объему образца. Таким образом мы можем говорить о получении низкоуглеродистой стали. Высокое содержание фосфора и серы (1.49% и 0.075% соответственно) ощутимо снижает качество металла и с точки зрения кузнечной обработки, и с точки зрения эксплуатации будущих изделий. Чтобы уменьшить содержание серы и фосфора в состав шихты (Шихта — Смесь материалов, загруженных в плавильную печь для получения металла определённого состава.) следует ввести оксид кальция СаO (негашеная известь). Например, добавить мел CaCO3. В области высоких температур (1000-1100 ОС) внутри горна мел станет негашеной известью.

Часть 3. Плавка руды в аутентичных сыродутных горнах.

22-23.07.2017 в музейном комплексе «Дудутки» на фестивале славы белорусского оружия «Наш Грюнвальд-2017» состоялась плавка руды в сыродутных горнах. Цель этого эксперимента получить практические ответы на следующие вопросы:

1.     Материалы и конструкция сыродутных горнов.

2.     Способ подачи воздуха для горения топлива. Режимы дутья.

3.     Состав шихты.

4.     Шлакообразование и его влияние на процесс плавки.

5.     Получение чистого металла.

6.     Получение металла лучшего качества, чем при первой плавке в тигле.

Забегая вперед могу сказать, что все поставленные задачи были решены. Было изготовлено 2 сыродутных горна из разных материалов, разной конструкции и размера. Один из двух горнов был изготовлен из местного сырья, воздух подавался двухкамерными кузнечными мехами.

Постройка горнов, их сушка, прогрев и последующая плавка – очень трудоемкая задача. Весь процесс занял 2 дня, работы велись с самого утра и до поздней ночи с учетом того, что мне помогала целая команда помощников. Эксперимент удачный – полученный металл примерно в 7 раз чище по вредным примесям в сравнении с тигельной плавкой. Однако металла получилось немного. Основной объем – это небольшие металлические шарики в кусках шлака.

Вероятно, если создать бОльшую температуру в горне и увеличить время плавки, то эти шарики сварятся вместе и образуют годную для ковки крицу. Спектральный анализ не определил содержание углерода, вероятно, из-за его неравномерного распределения в слитке. Вероятно, это также косвенно говорит о необходимости увеличения времени плавки. Проведенный эксперимент показал, что основные параметры выбраны в целом верно, значит их оптимизация приведет к улучшению результата. Об этом я напишу позже, по мере развития событий.

smith-master.com

Плавление болотной руды для получения железной крицы | Мой дом тайга

Библиотека | Мой дом тайга

Плавление болотной руды для получения железной крицы

Повсюду в Дании в течение двух тысяч лет фермеры сами производили железо, которое затем использовали для изготовления орудий их ежедневного труда. Во многих областях страны добыча болотной руды, выплавка из нее железа, его очищение проковкой было неотъемлемыми частями работы года. Но даже там, где крестьяне имели поблизости и в достатке необходимое сырье и традиционно занимались получением железа в течение целых двух тысяч лет, их работа все же определялась прежде всего сельскохозяйственными нуждами, и обычно имела характер скорее домашнего ремесла чем ориентированного на рынок производства.

Плавление болотной руды для получения железной крицы

Болотная руда и лес были двумя необходимыми компонентами для железоделательного производства в Дании. Болотная руда, которая и в наши дни находится в процессе непрерывного формирования, распространена почти повсюду в Дании. Она залегает в виде тонких пленок или в виде плотных слоев до полуметра толщиной. Физическое состояние руды – ее цвет, форма, пористость и содержание в ней воды – значительно варьируют в зависимости от условий ее формирования. Датская болотная руда обычно находится в двух различных формах: твердая, плотная и мягкая, земляная охристая руда. Химический состав руды также изменяется очень сильно – не только от области к области, но также и в пределах одной и той же местности. Для фермеров, которые занимались производством железа в доисторические времена и в средние века, главным условием было наличие доступа к болотной руде с хорошим физическим и химическим составом.

Ямы для выжигания древесного угля

На железоделательном центре в Снорупе была обнаружена только одна яма для отжига угля. Она имела полусферическую форму и была глубиной всего лишь на несколько сантиметров ниже пахотного слоя. Подобное же основание угольной ямы было найдено на поселении Киркебро со следами железоделательного производства раннего германского железного века. Три угольных ямы были раскрыты в Крарупе поблизости от группы из 102 шлаковых блоков, оставшихся от железоплавильных горнов типа Дренгстед.

Места обжига железной руды

Такие археологические объекты, как скопления обожженной болотной руды, могут относиться только к железоделательному производству. Также как и угольные ямы, места обжига железной руды, весьма редко находят в Дании, но они, безусловно, существуют. При них, в отличие от угольных ям, могут быть найдены сопутствующие археологические предметы, такие как фрагменты глиняной посуды, жернова, дробильные камни, куски шлака. Подобная картина была зафиксирована на поселении Брунеборг раннего до-римского времени, где место обжига руды находилось рядом с отвалом, содержащим около 50 кг обожженной гранулированной болотной руды, шлаков выпукло-вогнутой формы и пластин шлака.

Железоплавильные горны

Многочисленные раскопки, теоретические исследования и археологические эксперименты были посвящены тому, чтобы выявить развитие типов горнов и изучить технологические особенности их работы. Известно, что в Дании крестьяне умели добывать железо из болотной руды уже с начала железного века, но археологический материал, относящийся к раннему до-римскому железному веку ограничивается фрагментами шлака, обожженной болотной рудой и железными предметами. Железоделательные горны (или печи) известны только начиная с периода между 200 г. до н.э и 600 г. н. э., и затем горны снова появляются с 1100 до 1200 гг. н. э. В настоящее время мы можем идентифицировать четыре различных разновидности горнов: типа Эспевай, типа Дренгстед, и горны с выпуском шлака. Все выделенные группы подчиняются типологической системе, разработанной для западноевропейских горнов; но в ней они рассматриваются как представители шахтных горнов и горнов с выпуском шлака соответственно. Кроме того, выделяются земляные (ямные) горны. Горны этих четырех типов существовали в разные исторические периоды в различных районах.

Ранние горны

Одна из наиболее ранних находок остатков железоделательного горна в Дании была сделана на до-римским поселении в Брунеборге недалеко от Скандеборга. Там, в 1976, были обнаружены ямы, обмазанные глиной, которые сопровождались находками шлака, как выпукло-вогнутой формы, так и аморфного шлака, оставшегося от железоделательного производства. Также на поселении Хорнелунд, недалеко от Снорупа, было найдено 7,4 кг плавильного шлака в выгребной яме, датированной началом до-римского железного века. Довольно трудно определить тип этих ранних горнов, они были, вероятно, простыми земляными горнами без выпуска шлака.

Горны типа Эспевай

Низкий, утопленный в землю горн, известный как горн типа Эспевай, был компактным железоплавильным горном с земляной шахтой толщиной 30-40 см. Как строился такой горн, еще до конца не ясно в деталях, но, по-видимому, существовало несколько региональные вариантов. На нескольких горнах типа Эспевай  глиняная обмазка шахты сохранилась in situ до высоты почти половины метра. В Дании горны этого типа использовались в течении приблизительно трех столетий. Они сооружались отдельно или группами около ферм. Четыре таких горна в Ворбассе находятся недалеко от усадьбы, датирующейся ранним римским железным веком – временем от рубежа эр до второго столетия н.э. Имеются также примеры горнов типа Эспевай, находящихся в комплексах для извлечения железа из руды и дальнейшей обработки крицы.

Горны типа Дренгстед Горны со шлаковыми ямами сооружались в виде глиняных шахт, построенных над предварительно вырытыми ямами. Отверстие в основании шахты было почти круглым, примерно 40 см в диаметре, в то время как глубина ямы зависела, вероятно от того, насколько далеко вниз плавильщик мог достать до дна ямы рукой. На некоторых шлаковых блоках можно заметить негативные отпечатки какого-то орудия, возможно, маленькой лопаты, которая использовалась древним мастером для рытья ямы. Яма заполнялась соломой, вереском или целыми снопами злаков с соседних полей. Вокруг заполненной ямы сооружалась глиняная шахта высотой около одного метра с толщиной стен почти 15 см; внизу делались два, три или четыре воздуходувных отверстия. В Дании горны со шлаковыми ямами типа Дренгстед датируются поздним римским или ранним германским железным веком, то есть с периода между вторым и шестым столетиями нашей эры. В южной и западной Ютландии с помощью систематических раскопок и магниторазведки удалось обнаружить и исследовать несколько тысяч горнов типа Дренгстед. Они располагаются обычно не так, как подобные же горны в Польше и Чехословакии, рядами, а группируются в более или менее правильные кластеры и линии, идущие вдоль оград и границ усадеб, а также вдоль длинных домов на поселении. Исследованиями датских железоплавильных шлаков было установлено, что выход металлического железа при каждой плавке в горне типа Дренгстед составлял 1/5 от веса шлакового блока, что равно примерно 40 кг железа с каждого горна.

Поздние железоплавильные горны

Горны с выпуском шлака нечасто встречаются при археологических раскопках в Дании. Такие горны представляли собой прочную конструкцию и использовались для выплавки несколько раз, но они не оставляют после себя почти никаких следов, особенно в настолько интенсивно используемом для сельского хозяйства ландшафте, как датский. Судя от по данным раскопок в других скандинавских странах и экспериментальных плавок, археологически остатки горнов с выпуском шлака должны характеризоваться длинными застывшими потоками шлака и, возможно, шлаками выпукло-вогнутой формы, где на поверхности отмечаются следы вытекания шлаков. На железоделательных центрах в лесу Нювэнге на острове Фюн, и в лесу Йельс в южной Ютландии были найдены груды плавильного выпукло-вогнутого шлака, вместе с глиняной посудой, которая может быть датирована XI-XIV вв.н.э. Для ряда небольших горнов без выпуска шлака был предложен термин «крестьянские горны».

Материалы: http://mosemalm.blogspot.ru/2011/11/blog-post.html

www.rgo-sib.ru


Смотрите также