Болотное железо - Bog iron

Болотная руда

Болотное железо это форма нечистого утюг месторождение, развивающееся в болота или же болота посредством химический или же биохимический окисление железа в растворе. Обычно болотные руды состоят в основном из железа. оксигидроксиды, обычно гетит (FeO (OH)).

Железосодержащие подземные воды обычно появляются в виде весна. Железо окисляется до гидроксид железа при встрече с окислительной средой поверхности. Болотная руда часто комбинируется гетит, магнетит, и каверны или окрашенный кварц. Окисление может происходить через ферментативный катализ к железные бактерии. Неясно, осаждается ли магнетит при первом контакте с кислородом, затем окисляется до соединений трехвалентного железа, или же соединения трехвалентного железа восстанавливаются при воздействии аноксический условия при захоронении под поверхностью осадка и повторно окисляются при эксгумации на поверхности.[нужна цитата ]

Болотное железо, как и другие водные оксиды железа, имеет особую близость к тяжелые металлы.[1] Эта близость в сочетании с пористый структура и высокий удельная поверхность из болотного железа сделать его хорошим натуральным сорбент.[2] Эти свойства в сочетании с дешевизной получения болотного железа являются стимулами для его использования в технологиях защиты окружающей среды.[2]

Часть Стена с Hermai - использование болотной руды в архитектуре

Железо, полученное из болотной руды, часто содержит остаточные силикаты, которые могут образовывать стекловидное покрытие, которое придает некоторое сопротивление ржавчина.

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

Формирование

Железо переносится в болота при низком pH, низкомрастворенный кислород железосодержащие грунтовые воды, которые достигают поверхности через родники, вдоль структур трещин или в местах пересечения грунтовых вод с поверхностными потоками.[3] Затем утюг в воде окисленный растворенным кислородом или через ферментативный катализ к железные бактерии (например., Thiobacillus ferrooxidans и Thiobacillus thiooxidans ), которые концентрируют железо как часть своего жизненного процесса.[4] Присутствие этих бактерий можно определить по масляной пленке, которую они оставляют на поверхности воды.[3] Это изменение степени окисления вызывает осаждение мелкозернистых твердых частиц железа вблизи точки выхода подземных вод.[3] Разнообразные 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 приводит к тому, что водные растения покрываются светло-оранжевой коркой. хлопать из оксигидроксид железа вблизи точки выделения газообразного кислорода 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

Европейцы разработали железо плавка из болотного железа во время Доримский железный век V / IV – I вв. до н. э. и большая часть железа Эпоха викингов (конец первого тысячелетия н. э.) пришел из болотного 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] Рано металлурги идентифицировали отложения болотного железа по таким индикаторам, как иссохшая 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] и срезал и убрал слои торфа в болоте, используя ножи для дерна, чтобы извлечь более мелкие, размером с горошину, узелки болотного железа.[3] Раннее производство железа из болотной руды в основном происходило в цветущий печи.[7] Ресурсы, необходимые для производства: древесина для уголь, глина для строительства печей и вода для обработки.[7] Железо в руде снижается до налет губчатого железа который остается в верхней части печи, а нежелательные элементы стекают вниз в виде шлак.[8] Плавка в шаровидной печи часто дает от 10 до 20 массовый процент Fe восстанавливается до цветения железа, а остальное переходит в шлак.[9]Затем налет необходимо закрепить молотком, чтобы сделать пригодное для использования кованое железо. Есть некоторые археологические свидетельства того, что Лайм был добавлен в печи для обработки богатых кремнеземом руд, которые было трудно плавить в процессе блюмера.[3]

Европа

Первые попытки выплавки чугуна относятся ко 2-му тысячелетию до н. Э. Ближний Восток.[7] Затем технология распространилась по Европе в течение следующих двух тысячелетий, достигнув Польша во 2 веке до нашей эры.[7] Производство железа достигнуто Скандинавия через Дания в 500 г. до н.э. и распространился на Норвегия и Швеция вскоре после этого.[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 Норвежский населенные пункты, включая Скандинавию и Финляндия с 500 до 1300 г. н.э.[5] Также налажено крупносерийное производство болотного железа в г. Исландия на сайтах, известных как «Железные фермы».[5] Более мелкие производственные предприятия в Исландии состояли из больших ферм и некоторых первоначальных 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, в наше время.[10] В Россия, болотная руда была основным источником железа до 16 века, когда руды высшего качества Уральские горы стал доступен.[нужна цитата ]

Северная Америка

Доколумбовой

Железо могло быть произведено викингами в Point Rosee и другие места в Ньюфаундленд около 1000 г. н.э.[11][12] Раскопки на L'Anse aux Meadows обнаружили значительные свидетельства обработки болотного железа и производства железной руды.[5] Поселок в L'Anse aux Meadows был расположен непосредственно 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 центрами торговли и коммерции.[5] На этом месте было также найдено 98 фрагментов гвоздей, а также значительные свидетельства работы по дереву, 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

Болотное железо широко искали в колониальная Северная Америка. Самые ранние известные железные рудники в Северной Америке - это рудники из Сент-Джонс, Ньюфаундленд, как сообщил Энтони Паркхерст в 1578 году.[14] Первые попытки добычи полезных ископаемых в Вирджинии произошли еще в 1608 году. В 1619 году. Металлургический завод Falling Creek была создана в Графство Честерфилд, Вирджиния. Это было место первого доменная печь объект в Северной Америке.[15][16]

Озеро Массапоаг в Массачусетс был затянут за счет углубления выпускного канала в поисках болотного железа.[17] В Национальный исторический комплекс Saugus Iron Works, на Река Согус в Согус, Массачусетс, действовал с 1646 по 1668 год. На территории находится музей и несколько реконструированных зданий.[18] Успех Saugus Iron Works и быстрое истощение запасов природного болотного железа в регионе побудили владельцев послать старателей в окрестную сельскую местность. В 1658 году компания купила 1600 акров (6,5 км.2) земли, которая занимала территории, которые сейчас являются Конкордом, Актоном и Садбери. Они открыли крупное производство в г. Конкорд, Массачусетс, вдоль реки Ассабет с дамбами, 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 Центральная и Южный Нью-Джерси, болотная руда была добыта и переработана для производства естественно нержавеющих инструментов и кованое железо перила, многие из которых до сих пор украшают лестницы в Трентон и Camden.[20] Вовремя Американская революция, болотное железо пушечные ядра были брошены для колониальных сил.

XIX век США

Болотное железо также было обнаружено на Восточный берег Мэриленда. Остатки промышленной плавки возле Сноу-Хилл, Мэриленд, сейчас являются государственным и национальным историческим памятником. Известный как Печной город, это называлось Железная печь Насаванго после ближайшего 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-Оссипи. Завод начал работу в 1837 году, но, согласно истории Шепли за 1854 год, «бизнес [оказался] убыточным, [и] через несколько лет был заброшен». К 1854 году некоторые помещения бывшего металлургического завода были переоборудованы для других производственных целей. Фундамент, стены и шлак оставались на месте во время публикации геологической службы штата Мэн в 2003 году на этом месте.[21][22][23]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Качорек, Данута, Герхард В. Брюммер и Майкл Зоммер (2009). «Содержание и формы связки тяжелых металлов, алюминия и фосфора в болотных железных рудах из Польши». Журнал качества окружающей среды. 38 (3): 1109–1119. Дои:10.2134 / jeq2008.0125. PMID  19398508 - через цифровую библиотеку Альянса обществ по растениеводству, почве и окружающей среде.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  2. ^ а б Жепа, 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. PMID  18614286.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  3. ^ а б c d е ж грамм Хайманн, Р. Б., У. Креер, И. Спазье и Г. Ветцель (2002). "Минералого-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. Дои:10.1111/1475-4754.00016.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  4. ^ а б c d е 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 (связь)
  5. ^ а б c d е ж грамм час я 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 (связь)
  6. ^ Ситчик, Х., Ф. Людвиг, Э. Ветцель, Дж. Люкерт, Т. Хёдинг (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 (связь)
  7. ^ а б c d е ж Телеман, М., В. Бебермайер, П. Хельцманн 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. Дои:10.1016 / j.catena.2016.04.002.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  8. ^ Кошке, Вольфганг (2002). "Raseneisenerz und Eisenhüttenindustrie in der nördlichen Oberlausitz". Freundeskreis Stadt- und Parkmuseum Bad Muskau E.V..
  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 индустриальное развитие в Швеции и России», 1600–1900, изд. Мария Агрен, 33–60 (Нью-Йорк: Berghahn, 1998), 33–36, 59–60; Андерс Флорен, Йоран Риден, Людмила Дашкевич, Д. В. Гаврилов и Сергей Устянцев, «Социальная организация труда на шахтах, печах и кузнях», в «Обществах производителей железа: раннее промышленное развитие в Швеции и России», 1600–1900, изд. Мария Агрен, 61–138 (Нью-Йорк: Berghahn, 1998), 62–65.
  11. ^ Штраус, Марк (31 марта 2016 г.). «Открытие может переписать историю викингов в Новом Свете». Национальная география. National Geographic Partners, LLC. Получено 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. Получено 25 октября 2016.
  13. ^ Льюис-Симпсон, Шеннон (2000). Возвращение к Винланду: 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. Получено 25 октября 2016.
  17. ^ Дайана Мьюир, Размышления в пруду Буллоу, Издательство Университета Новой Англии, 2000.
  18. ^ "Saugus Iron Works". Служба национальных парков. Служба национальных парков, Министерство внутренних дел США. Получено 25 октября 2016.
  19. ^ Уилер, Мэриан Х. "Конкорд Айрон Воркс". Архивировано из оригинал на 2010-10-22. Получено 8 марта 2018. Конкорд железный завод
  20. ^ Барри Брэди. «Ранние поселенцы делали здесь железо» (PDF). Комиссия по пайнеландс Нью-Джерси. Получено 24 апреля 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 г.).
  23. ^ Веддл, Томас К. Железный век штата Мэн, часть II: Компания Shapleigh Iron: набег на промышленную (гео) археологию в Геологические факты и населенные пункты штата Мэн. Огаста, штат Мэн: Геологическая служба штата Мэн, ноябрь 2003 г. https://digitalmaine.com/mgs_publications/370/, дата обращения 09.06.2019.

внешняя ссылка