Jak wydobywa się żelazo?

Żelazo jest najważniejszym pierwiastkiem chemicznym w układzie okresowym; metal stosowany w wielu gałęziach przemysłu. Wydobywa się go z rudy żelaza, która leży w wnętrznościach ziemi.

Jak wydobywa się żelazo: metody

Istnieje kilka sposobów wydobywania rudy żelaza. Wybór tej lub innej metody będzie zależał od lokalizacji złóż, głębokości rudy i kilku innych czynników.

Żelazo wydobywa się metodami otwartymi i zamkniętymi:

1. Wybierając pierwszą metodę należy zadbać o dostarczenie całego niezbędnego sprzętu bezpośrednio na pole. Tutaj przy jego pomocy powstanie kamieniołom. W zależności od szerokości rudy kamieniołom może mieć różną średnicę i głębokość do 500 metrów. Ta metoda wydobywania rudy żelaza jest odpowiednia, jeśli minerał znajduje się płytko.
2. Bardziej powszechna jest zamknięta metoda wydobycia rud żelaza. Podczas niego wykopywane są głębokie studnie o głębokości do 1000 m, a po ich bokach wykopywane są gałęzie (korytarze) - sztolnie. Opuszcza się do nich specjalny sprzęt, za pomocą którego ruda jest usuwana z ziemi i wydobywana na powierzchnię. W porównaniu z metodą otwartą, metoda zamknięta wydobycia rud żelaza jest znacznie bardziej niebezpieczna i kosztowna.

Po wydobyciu rudy z wnętrzności ziemi ładowana jest ona na specjalne maszyny podnoszące, które dostarczają rudę do zakładów przetwórczych.

Przeróbka rudy żelaza

Ruda żelaza to skała zawierająca żelazo. Aby móc dalej wykorzystać żelazo w przemyśle, należy je wydobyć ze skały. Aby to zrobić, samo żelazo wytapia się z kamiennych kawałków skał i odbywa się to w bardzo wysokich temperaturach (do 1400-1500 stopni).

Zazwyczaj wydobywana skała składa się z żelaza, węgla i zanieczyszczeń. Ładuje się go do wielkich pieców i podgrzewa, a sam węgiel utrzymuje wysoką temperaturę, natomiast żelazo uzyskuje płynną konsystencję, po czym rozlewa się je w różne formy. W tym przypadku żużel jest oddzielany, ale samo żelazo pozostaje czyste.

Ludzkość zaczęła wydobywać rudę żelaza wiele wieków temu. Już wtedy korzyści ze stosowania żelaza stały się oczywiste.

Znalezienie formacji mineralnych zawierających żelazo jest dość łatwe, ponieważ pierwiastek ten stanowi około pięciu procent skorupy ziemskiej. Ogólnie rzecz biorąc, żelazo jest czwartym najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem w przyrodzie.

Nie da się go znaleźć w czystej postaci, żelazo występuje w pewnych ilościach w wielu rodzajach skał. Ruda żelaza ma najwyższą zawartość żelaza, a wydobycie metalu jest najbardziej opłacalne ekonomicznie. Ilość zawartego w nim żelaza zależy od jego pochodzenia, którego normalna zawartość wynosi około 15%.

Skład chemiczny

Właściwości rudy żelaza, jej wartość i właściwości zależą bezpośrednio od jej składu chemicznego. Ruda żelaza może zawierać różne ilości żelaza i innych zanieczyszczeń. W zależności od tego istnieje kilka typów:

• bardzo bogaty, gdy zawartość żelaza w rudach przekracza 65%;
• bogaty, zawartość żelaza waha się od 60% do 65%;
• średnio od 45% i więcej;
• słaba, w której procent elementów użytecznych nie przekracza 45%.

Im więcej produktów ubocznych znajduje się w rudzie żelaza, tym więcej energii potrzeba do jej przetworzenia i tym mniej wydajna jest produkcja gotowych produktów.

Skład skały może być kombinacją różnych minerałów, skał płonnych i innych produktów ubocznych, których proporcja zależy od jej złoża.

Rudy magnetyczne wyróżniają się tym, że są oparte na tlenku, który ma właściwości magnetyczne, ale po silnym podgrzaniu ulegają utracie. Ilość tego typu skał w przyrodzie jest ograniczona, ale zawartość żelaza w nich może być tak dobra, jak czerwona ruda żelaza. Zewnętrznie wygląda jak solidne czarno-niebieskie kryształy.

Ruda żelaza Spar to skała rudna oparta na syderycie. Bardzo często zawiera znaczną ilość gliny. Ten rodzaj skały jest stosunkowo trudny do znalezienia w przyrodzie, co w połączeniu z niską zawartością żelaza sprawia, że ​​jest rzadko używany. Dlatego też nie da się ich zaliczyć do rud przemysłowych.

Oprócz tlenków przyroda zawiera inne rudy na bazie krzemianów i węglanów. Ilość żelaza w skale jest bardzo ważna dla jej przemysłowego zastosowania, ale ważna jest także obecność korzystnych pierwiastków ubocznych, takich jak nikiel, magnez i molibden.

Aplikacje

Zakres zastosowania rudy żelaza ogranicza się prawie całkowicie do metalurgii. Stosowany jest głównie do wytapiania żeliwa, które wydobywa się w piecach martenowskich lub konwertorowych. Obecnie żeliwo jest wykorzystywane w różnych obszarach działalności człowieka, w tym w większości rodzajów produkcji przemysłowej.

Nie mniej stosowane są różne stopy na bazie żelaza - stal jest najczęściej stosowana ze względu na jej wytrzymałość i właściwości antykorozyjne.

Żeliwo, stal i różne inne stopy żelaza są stosowane w:

1. Inżynieria mechaniczna, do produkcji różnych maszyn i urządzeń.
2. Przemysł motoryzacyjny, do produkcji silników, obudów, ram, a także innych podzespołów i części.
3. Przemysł wojskowy i rakietowy, w produkcji sprzętu specjalnego, broni i rakiet.
4. Budownictwo, jako element wzmacniający lub konstrukcja konstrukcji nośnych.
5. Przemysł lekki i spożywczy, jak kontenery, linie produkcyjne, różne jednostki i urządzenia.
6. Przemysł wydobywczy, jako maszyny i urządzenia specjalne.

Złoża rud żelaza

Światowe zasoby rudy żelaza są ograniczone pod względem ilości i lokalizacji. Terytoria gromadzenia zasobów rudy nazywane są złożami. Obecnie złoża rud żelaza dzielą się na:

1. Endogenny. Charakteryzują się szczególnym położeniem w skorupie ziemskiej, zwykle w postaci rud tytanomagnetytu. Kształty i umiejscowienie takich wtrąceń są zróżnicowane, mogą mieć postać soczewek, warstw znajdujących się w skorupie ziemskiej w postaci osadów, osadów wulkanicznych, w postaci różnych żył i innych nieregularnych kształtów.
2. Egzogenny. Do tego typu zaliczają się złoża rud żelaza brunatnego i innych skał osadowych.
3. Metamorfogeniczny. Które obejmują złoża kwarcytu.

Złoża takich rud można znaleźć na całej naszej planecie. Najwięcej złóż koncentruje się na terytorium republik poradzieckich. Zwłaszcza Ukraina, Rosja i Kazachstan.

Kraje takie jak Brazylia, Kanada, Australia, USA, Indie i Republika Południowej Afryki posiadają duże rezerwy żelaza. Jednocześnie prawie każdy kraj na świecie ma własne rozwinięte złoża, w przypadku ich niedoboru rasa jest importowana z innych krajów.

Wzbogacanie rud żelaza

Jak już wspomniano, istnieje kilka rodzajów rud. Bogate można przetworzyć bezpośrednio po wydobyciu ze skorupy ziemskiej, inne wymagają wzbogacenia. Oprócz procesu wzbogacania przetwarzanie rudy obejmuje kilka etapów, takich jak sortowanie, kruszenie, oddzielanie i aglomeracja.

Obecnie istnieje kilka głównych metod wzbogacania:

1. Zaczerwienienie.

Służy do oczyszczania rud z produktów ubocznych w postaci gliny lub piasku, które są wymywane strumieniami wody pod wysokim ciśnieniem. Operacja ta pozwala na zwiększenie zawartości żelaza w rudzie niskiej jakości o około 5%. Dlatego stosuje się go wyłącznie w połączeniu z innymi rodzajami wzbogacania.

1. Czyszczenie grawitacyjne.

Odbywa się to przy użyciu specjalnych rodzajów zawiesin, których gęstość przekracza gęstość skały płonnej, ale jest gorsza od gęstości żelaza. Pod wpływem sił grawitacji produkty uboczne unoszą się do góry, a żelazo opada na dno zawiesiny.

1. Separacja magnetyczna.

Najpopularniejsza metoda wzbogacania, która opiera się na różnym poziomie odczuwania przez składniki rudy wpływu sił magnetycznych. Takie rozdzielenie można przeprowadzić przy użyciu suchej skały, mokrej skały lub w alternatywnej kombinacji jej dwóch stanów.

Do przetwarzania suchych i mokrych mieszanek stosuje się specjalne bębny z elektromagnesami.

1. Flotacja.

W tej metodzie pokruszoną rudę w postaci pyłu zanurza się w wodzie z dodatkiem specjalnej substancji (odczynnika flotacyjnego) i powietrza. Pod wpływem odczynnika żelazo łączy się z pęcherzykami powietrza i unosi się na powierzchnię wody, natomiast skała płonna opada na dno. Składniki zawierające żelazo zbierają się z powierzchni w postaci piany.

W naturze żelazo występuje wyłącznie w postaci rudy, czyli z domieszką minerałów. Już w czasach starożytnych ludzie nauczyli się wydobywać metal z rudy, topiąc go w specjalnych wielkich piecach w bardzo wysokich temperaturach. Ciekły metal wlewa się do form i chłodzi. W ten sposób uzyskuje się półfabrykaty żeliwne na poręcze, płoty, wanny, grzejniki, a nawet patelnie. Ale żeliwo jest kruche, może pęknąć od silnego uderzenia.

Stal

150 lat temu wynaleziono piec martenowski, w którym ponownie przetapia się żeliwo, wzbogacając je specjalnymi dodatkami i uzyskuje się stal – metal mocniejszy od żeliwa, a jednocześnie elastyczny. Robi się z niego wiele różnych rzeczy.

Rdza

Jeśli żelazny przedmiot ma ciągły kontakt z wodą lub wilgotnym powietrzem, rdza powoduje jego korozję. Naukowcy wymyślili, jak wytapiać stal nierdzewną, aby z czasem nie uległa zniszczeniu i zawsze świeciła. Na przykład garnki i sztućce są wykonane ze stali nierdzewnej.

Interesujący fakt: Aby zapobiec rdzewieniu przedmiotów żelaznych, pokrywa się je lakierem lub specjalną czerwoną farbą - czerwonym ołowiem, a aby zapobiec rdzewieniu żeliwnej wanny, pokrywa się ją emalią, a wyroby stalowe (na przykład karoseria) innym metal - cynk.

Złoto to także metal, podobnie jak żelazo. Ale w przeciwieństwie do żelaza nie miesza się z minerałami, ale leży w małych kawałkach w górach lub w korytach rzek. Takie kawałki czystego złota nazywane są bryłkami.

Od szpilki do samolotu

Nie da się wymienić, ile różnych rzeczy jest wykonanych z żelaza: od najmniejszych do największych. Z żeliwa i stali produkuje się samochody i autobusy, wsporniki sygnalizacji świetlnej, znaki drogowe, drzwi, szyny tramwajowe, pociągi, statki i silniki lotnicze. Żelazo jest częścią żelbetu, z którego budowane są mosty i drapacze chmur.

Produkcja żelaza na Rusi znana jest od niepamiętnych czasów. W wyniku wykopalisk archeologicznych na terenach sąsiadujących z Nowogrodem, Włodzimierzem, Jarosławiem, Pskowem, Smoleńskiem, Ryazanem, Muromiem, Tułą, Kijowem, Wyszogrodem, Perejasławlem, Wyżiszczem, a także w rejonie Jeziora Ładoga i innych miejsc, setki odkryto miejsca, w których znajdują się pozostałości tygli, pieców serowarskich, tzw. „wilczych dołów” i odpowiadających im narzędzi produkcyjnych starożytnego hutnictwa. W jednym z wilczych dołów, wykopanych do wytapiania żelaza, w pobliżu wsi Podmokloje w południowej części zagłębia węglowego obwodu moskiewskiego, znaleziono monetę datowaną na rok 189 ery muzułmańskiej, co odpowiada początkowi IX wieku nowożytnego chronologia. Oznacza to, że w tych odległych, głęboko przedchrześcijańskich czasach umieli wytapiać żelazo na plecach Rusi.

Imiona narodu rosyjskiego dosłownie krzyczą nam o powszechności metalurgii na całym terytorium starożytnej Rusi: Kuzniecow, Kowalew, Kowal, Kowalenko, Kowalczuk. Pod względem rozpowszechnienia rosyjskie nazwiska „metalurgiczne” być może konkurują nawet z archetypowym angielskim nazwiskiem John Smith (który w rzeczywistości kowal, czyli ten sam kowal).

Jednak droga każdego miecza lub lufy armaty zawsze zaczynała się znacznie wcześniej niż kuźnia metalurgiczna, a zwłaszcza kuźnia. Każdy metal jest przede wszystkim paliwem (węglem lub koksem do jego wytopu), a po drugie surowcem do jego produkcji.

Tutaj muszę od razu położyć nacisk. Dlaczego paliwo jest warunkiem podstawowym, a sama ruda żelaza tak śmiało jest spychana na dalszy plan? Chodzi o logistykę transportu rudy i paliwa potrzebnego do produkcji żelaza w średniowieczu.

Przecież głównym i najwyższej jakości paliwem do wytapiania średniowiecznego, wysokiej jakości żelaza było węgiel drzewny.
Nawet teraz, we współczesnym oświeconym wieku, zadanie uzyskania wysokiej jakości węgla drzewnego wcale nie jest tak proste, jak się wydaje na pierwszy rzut oka.
Najwyższej jakości węgiel drzewny pozyskiwany jest jedynie z bardzo ograniczonej liczby gatunków drzew – ze wszystkich dość rzadkich i wolno rosnących gatunków drewna liściastego (dąb, grab, buk) oraz z archetypowych Rosyjska brzoza.
Już z drzew iglastych - sosny czy świerku, węgiel drzewny okazuje się znacznie bardziej kruchy i z dużym plonem miału i pyłu węglowego, a próba uzyskania dobrego węgla drzewnego z osiki lub olchy o miękkich liściach jest prawie niemożliwa - plon dobrej jakości spada prawie o połowę w porównaniu do dębu.

Jeżeli na obszarze, na którym odkryto złoża żelaza, nie było wystarczającej ilości lasów lub jeśli okoliczne lasy zostały zniszczone przez poprzednie pokolenia hutników, konieczne było wymyślenie różnych namiastek.
Przykładowo w Azji Centralnej, mimo wysokiej jakości złóż rud żelaza, podaż drewna była ograniczona, dlatego zamiast węgla drzewnego konieczne było zastosowanie innowacyjnego paliwa:

Jeśli ktoś nie rozumie, to krowie łajno. Może to być koń, jagnięcina, koza lub osioł – nie odgrywa to szczególnej roli. Z łajna ugniatano ręcznie płaskie placki (coś w tym stylu), a następnie układano je do wyschnięcia na słońcu.
Oczywiste jest, że w takiej sytuacji nie trzeba było mówić o „stałości składu” paliwa, a temperatura płomienia ze spalania takiego „paliwa kompozytowego” była znacznie niższa niż wysokiej jakości węgla drzewnego.

Inny, znacznie bardziej zaawansowany technologicznie zamiennik węgla drzewnego pojawił się na świecie znacznie później. Oczywiście mówimy o koks, na którym opiera się obecnie cała współczesna metalurgia żelaza.
Historia „wynalazku” koksu sięga zaledwie dwustu lat wstecz. Przecież to właśnie bateria koksownicza, w której „wypalił się węgiel”, była pierwszą, najpotężniejszą salwą rewolucji przemysłowej. To ona, bateria pieca koksowniczego, a nie platforma wiertnicza stworzyła ten „świat węgla i pary”, który teraz uwielbiamy wspominać w książkach, filmach i anime o steampunku.

Na długo przed rewolucją przemysłową Anglia dysponowała już bogatymi złożami węgla, który jednak wykorzystywał niemal wyłącznie do ogrzewania domów. Wytapianie rud w Anglii prowadzono, podobnie jak w wielu miejscach na świecie, wyłącznie przy użyciu węgla drzewnego. Było to spowodowane nieprzyjemnym faktem charakterystycznym dla większości węgli - zawierają znaczne ilości fosforu i siarki, które są bardzo szkodliwe dla żelaza produkowanego w kuźni.

Wielka Brytania jest jednak wyspą. I w ostatecznym rozrachunku rosnące potrzeby angielskiej hutnictwa opartego na węglu drzewnym, przekroczył wszelkie możliwości angielskich lasów. Angielscy Robin Hoodowie po prostu nie mieli gdzie się ukryć- wzrost wytopu żelaza zredukował prawie wszystkie lasy Mglistego Albionu do zera. Ostatecznie stało się to hamulcem produkcji żelaza, ponieważ wymagane było wytapianie ogromna ilość drewna opałowego: na przeróbkę jednej tony rudy - prawie 40 metrów sześciennych surowego drewna.
Ze względu na rosnącą produkcję żelaza istniało zagrożenie całkowitego zniszczenia lasów. Kraj zmuszony był importować metal z zagranicy, głównie z Rosji i Szwecji. Próby wykorzystania węgla kopalnego do wytapiania żelaza przez długi czas kończyły się niepowodzeniem z powodów podanych powyżej.
Dopiero w 1735 roku fabrykant Abraham Derby po wielu latach doświadczeń znalazł sposób na wytapianie żeliwa przy pomocy węgla koksującego. To było zwycięstwo. Ale do tego zwycięstwa na początku IX wieku naszej ery pozostało jeszcze ponad 900 lat.

Transportuj więc drewno opałowe (lub nawet gotowy węgiel drzewny) do żelazka nie działa po prostu ze względu na logistykę procesu - potrzebne paliwo jest 4-5 razy większe niż masa rudy, a nawet więcej objętościowo - co najmniej 10 razy. Łatwiej jest wprowadzić żelazo do paliwa.

Na starożytnej Rusi jest paliwo i jest go pod dostatkiem. A co ze sprzętem na rosyjskiej platformie?
Ale są pytania dotyczące sprzętu.
Wysokiej jakości ruda żelaza nie na Równinie Rosyjskiej.

Od razu słyszę krzyki: „A co z anomalią magnetyczną Kurska? Najwyższej jakości magnetyczne rudy żelaza na świecie!”
Tak, jedne z najwyższej jakości na świecie. Otwarty w 1931 roku. Głębokość występowania - od 200 do 600 metrów. Zadanie to z pewnością nie dotyczy technologii, którymi dysponowali starożytni Słowianie w IX wieku naszej ery. Teraz wszystko wygląda pięknie, ale wtedy obraz współczesnej kopalni rudy żelaza był dla współczesnej ludzkości podróżą do Alfa Centauri. Teoretycznie jest to możliwe, ale w praktyce nie jest to możliwe:

W rezultacie w IX wieku na Rusi konieczne było dokonanie wyboru z czegoś zawartego na tej liście wszystkich rud żelaza obecnie wykorzystywanych przez ludzkość:

Magnetyczna ruda żelaza - ponad 70% Fe w postaci magnetyt Fe3O4 (przykład: opisana przez nas anomalia magnetyczna Kurska)
- czerwona ruda żelaza – 55-60% Fe w postaci krwawień Fe2O3 (przykład: znowu anomalia magnetyczna Kurska lub basen Krzywego Rogu)
- ruda żelaza brunatnego (limonit) - 35-55% Fe w postaci mieszaniny wodorotlenkówżelazo żelazowe Fe2O3-3H2O i Fe2O3-H2O (przykład: złoże Kercz zniszczone przez Ukrainę).
- ruda żelaza drzewcowego - do 40% Fe w postaci węglan FeCO3 (przykład: złoże Bakal)

Magnetyt i hematyt leżą głęboko na rosyjskiej platformie, nie ma na niej w ogóle rudy żelaza.
Pozostała ruda żelaza brunatnego (limonit).
Surowiec, delikatnie mówiąc, kiepski - wystarczy spojrzeć na zawartość żelaza w nim, ale najśmieszniejsze jest to, że można go dostać na terenie ówczesnej Rusi prawie wszędzie. W dodatku ten „prawie wszędzie” cudem okazuje się znajdować w bliskiej odległości od ówczesnego źródła wysokiej jakości paliwa węglowego – potężnych lasów Równiny Rosyjskiej.

Mowa oczywiście o torfowiskach i limonicie, który też jest często nazywany bagniste żelazo.
Oprócz rudy darniowej mają podobną genezę łąka i jezioro żelaza. Jednak, jak zobaczysz później, kopanie takiego żelaza było najbardziej opłacalne na bagnach.

Aby zrozumieć zakres faktycznego wydobycia tego lokalnego surowca na Rusi, wystarczy, podobnie jak w przypadku „nazwisk hutniczych”, po prostu otworzyć dowolną mapę geograficzną i spojrzeć na nazwy rosyjskie, ukraińskie, białoruskie czy Wsie litewskie.
I od razu wpadnie Ci w oko ogromna liczba toponimów ze słowami Guta, Buda, Ruda. Oto ich znaczenie:

Guta: instalacja do topienia szkła
Kruszec: wydobycie żelaza torfowiskowego
Buda: ekstrakcja potażu z popiołów roślinnych.

Takie wsie znajdziesz wszędzie – w szerokim pasie na poleskich bagnach – od Brześcia po Sumy. Źródeł „rudy bagiennej” na Rusi było mnóstwo. „Żelazo bagienne” powstaje na ogół niemal wszędzie tam, gdzie następuje przejście z gleby zawierającej tlen do warstwy beztlenowej (dokładnie na styku tych dwóch warstw).
Na bagnach granica ta jest po prostu zlokalizowana, w przeciwieństwie do innych rodzajów terenu, bardzo blisko powierzchni dlatego grudki żelaza można tam dosłownie wykopać łopatą, usuwając jedynie cienką warstwę roślinności bagiennej.

Tak wygląda ruda darniowa: .
Ale właśnie to uratowało Rus.

Same złoża żelaza darniowego są klasyczne placery.
Placery to zazwyczaj złoża znacznie mniejsze od złóż rudy, ich łączna objętość rzadko przekracza dziesiątki tysięcy ton (podczas gdy złoża rudy mogą zawierać miliony i miliardy ton rudy), ale wydobycie placerów jest zwykle znacznie prostsze niż wydobycie złoża rudy.
Placery można zwykle opracować niemal gołymi rękami i przy minimalnym kruszeniu skały, ponieważ placery zwykle występują w już zniszczonych skałach osadowych.
Jest to ogólnie powszechna praktyka: najpierw wydobywa się placery, a potem rudy.
Ponadto do wszystkich metali, minerałów i związków.

Notabene „drewniana puszka” (o której pisałam w cyklu o Katastrofie epoki brązu) to też placer.

Nie można jednak powiedzieć, że wydobycie rudy darniowej było zadaniem prostym.

Żelazo bagienne wydobywano na trzy główne sposoby.

Pierwszy - latem pobierano muł denny z tratw w jeziorach bagiennych i rzekach wypływających z bagien. Tratwę trzymano w jednym miejscu za drążek (jedna osoba), a druga osoba korzystała z wyciągarki do usuwania mułu z dna. Zaletami tej metody jest prostota i niski poziom stresu fizycznego pracowników.
Wady - duża ilość bezużytecznej pracy, gdyż nie tylko wywożono skałę płonną wraz z rudą darniową, ale dodatkowo trzeba było wywozić duże ilości wody wraz z mułem. Poza tym za pomocą łyżki trudno jest usunąć ziemię na duże głębokości.

Drugi sposób. Zimą w miejscach zamarznięcia kanałów do dna najpierw wycinano lód, a następnie wycinano także osad denny zawierający żelazo darniowe. Zalety tej metody: możliwość wyselekcjonowania dużej warstwy zawierającej żelazo darniowe. Wady: fizycznie trudno jest dłutować lód i zmarznięty grunt. Wydobycie możliwe jest tylko do głębokości przemarzania.

Trzecia metoda była najczęstsza. Na brzegu, w pobliżu kanałów lub jezior bagiennych, montowano ramę, podobnie jak w przypadku studni, tylko w większych rozmiarach, na przykład 4 na 4 metry. Następnie zaczęli wykopywać wierzchnią warstwę skały płonnej wewnątrz domu z bali, stopniowo go pogłębiając. Następnie wybrano także skałę zawierającą żelazo darniowe. W miarę pogłębiania się domu z bali dodano zwoje kłód.
Stale płynąca woda była okresowo wydobywana. Można było oczywiście po prostu kopać bez wzmacniania ścian kłodami, jednak w przypadku bardzo prawdopodobnego zapadnięcia się rozmytej ziemi i zapadnięcia się pracowników w dziurę – mało prawdopodobne było, aby kogokolwiek udało się uratować – ludzie szybko zakrztusił się i utonął. Zalety tej metody: możliwość wyselekcjonowania całej warstwy zawierającej rudę darniową oraz mniejsze koszty pracy w porównaniu do drugiej metody. Poza tym jeszcze przed rozpoczęciem wydobycia można było w przybliżeniu określić jakość wydobywanego surowca („tutejsi mieszkańcy oceniają wartość rudy także po rodzaju rosnących na niej drzew; a więc ta, którą można znaleźć pod za najlepsze uważa się brzozy i osiki, bo żelazo z nich jest bardziej miękkie, a tam, gdzie rośnie las świerkowy, jest twardsze i mocniejsze”).
Wady: trzeba cały czas pracować w wodzie.

Ogólnie rzecz biorąc, starożytni rosyjscy górnicy mieli trudności. Teraz oczywiście rekonstruktorzy na całym świecie organizują wycieczki terenowe, a nawet kopią doły w bardziej suchych i bardziej dostępnych miejscach, gdzie z łatwością mogą wydobyć trochę rudy bagiennej:

Dzieci rekonstruktorów są szczęśliwe. Myślę, że w IX wieku wszystko było inne.

Aby jednak zrozumieć sytuację na Rusi w IX-XII wieku, trzeba zrozumieć skala połowy organizowane przez naszych przodków na tak marnotrawnych zasobach, jak bagna.

Przecież jeśli sam proces wydobycia mułu z bagien nie pozostawił żadnych śladów, które można by prześledzić na przestrzeni wieków, to późniejsza obróbka rudy darniowej pozostawiła ślady w warstwie kulturowej, i to jakie!

Rzeczywiście, w procesie rozdmuchiwania sera, który był wówczas stosowany w starożytnej rosyjskiej hutnictwie i wytwarzał żużel o wysokiej zawartości żelaza, konieczne było bardzo bogata Ruda żelaza. A limonit, jak pamiętamy, to słaba ruda.
Aby uzyskać dobry koncentrat limonitu, konieczne było wstępne wzbogacenie wydobywanych rud – zarówno bagiennych, jak i łąkowych. Dlatego starożytni rosyjscy hutnicy koniecznie wzbogacali rudy darniowe w drodze do wytapiania.

Operacja wzbogacania była bardzo ważnym warunkiem technologicznym produkcji żelaza w piecach serowarskich.
Późniejsze badania, poprzez analizę zabytków, ujawniły następujące metody wzbogacania rudy:

1) suszenie (wietrzenie w ciągu miesiąca);
2) strzelanie;
3) szlifowanie;
4) mycie;
5) przesiewanie.

Produkcja wysoko skoncentrowanej rudy nie mogła ograniczać się do jednej lub dwóch operacji, ale wymagała systematycznego przetwarzania wszystkimi powyższymi metodami. Dobrze znaną operacją archeologiczną jest prażenie rudy.
Jak rozumiesz, prażenie wymagało również wysokiej jakości paliwa (węgla drzewnego), i to w znacznych ilościach.

Podczas badań archeologicznych w pobliżu wsi Lasuna na wybrzeżu Zatoki Fińskiej w jednym z wykopów odkryto hałdę spalonej rudy. Do wszystkich operacji wzbogacania rudy potrzebny jest bardzo prosty sprzęt: do kruszenia rudy - drewniany klocek i zaprawa, a do przesiewania i przemywania - drewniane sito (siatka z prętów).
Wadą wypalania rud darniowych w ogniskach i dołach było niepełne usunięcie z niej wody przy prażeniu dużych kawałków oraz duże straty przy prażeniu małych kawałków.

We współczesnej produkcji wzbogacanie jest oczywiście znacznie prostsze - drobno pokruszoną rudę miesza się z tym samym mielonym koksem i wprowadza do urządzenia przypominającego dużą maszynkę do mięsa. Ślimak podaje mieszaninę rudy i koksu na ruszt z otworami nie większymi niż 8 mm. Tak jednorodna mieszanina, przeciskając się przez otwory, dostaje się do płomienia, podczas gdy koks pali się, topiąc rudę, a ponadto z rudy wypala się siarka, w ten sposób jednocześnie następuje odsiarczanie surowców.

Przecież żelazo darniowe, podobnie jak węgiel, zawiera szkodliwe zanieczyszczenia - siarkę i fosfor. Można było oczywiście znaleźć surowce zawierające niewielką ilość fosforu (no, stosunkowo mało – w żelazie rudnym zawsze jest go mniej niż w żelazie darniowym). Jednak znalezienie żelaza darniowego zawierającego niewielką ilość fosforu i siarki było prawie niemożliwe. Dlatego obok całego przemysłu wydobycia żelaza darniowego powstał równie zakrojony na szeroką skalę przemysł jego wzbogacania.

Aby zrozumieć zakres tej akcji, podam jeden przykład: podczas wykopalisk w Starym Ryazaniu w 16 z 19 mieszkań obywateli odkryto ślady „domowego” gotowania żelaza w garnkach w zwykłym piekarniku.
Podróżnik z Europy Zachodniej Jacob Reitenfels, odwiedzając Moskwę w 1670 r., napisał, że „kraj Moskali jest żywym źródłem chleba i metalu”.

Tak więc na gołym miejscu, pod którym nie było nic poza ubogimi glebami leśnymi z karłowatymi brzozami i torfowiskami, nasi przodkowie nagle odkryli „kopalnię złota” dosłownie pod swoimi stopami. I nawet jeśli nie była to żyła, ale placer, a nie złoto, ale żelazo, sytuacja się nie zmieniła.

Wciąż wschodzący kraj otrzymał swoje miejsce w świecie i ścieżkę cywilizacyjną, która doprowadzi go do armat Balaklava, czołgu T-Z4 i międzykontynentalnego międzykontynentalnego pocisku balistycznego Topol-M.
Zasoby. Stanowisko. Produkcja. Broń.

Ponieważ mając zasoby, nieuchronnie dojdziesz do broni. Lub - ktoś inny przychodzi po Twoje zasoby.
Na Rusi rozpoczęła się epoka żelaza.
Sto lat – a raczej tysiąclecie – rosyjskiej broni.

Tysiąclecie, w którym miecz wzniesie się - i ponownie opadnie, po pokonaniu kolejnego wroga i wyrzuceniu go z brzozowych lasów i torfowisk.

A wrogowie nie musieli długo czekać.
Rzeczywiście, w X wieku wyścig zbrojeń w epoce żelaza nabierał już tempa.

Liderzy:

JESTEM. Głupiec

V.F. Kuzniecowa

Wstęp

Od dawna interesujemy się historią rozwoju hutnictwa w naszym regionie, historia ta związana jest głównie z braćmi Bataszowemi, którzy byli właścicielami fabryk w naszym powiecie. W poprzednich latach badaliśmy ich fabryki w Ilev, Snoved, a także w regionach Ryazan i Vladimir. Wiadomo, że w fabrykach Bataszowa istniał pełny cykl metalurgiczny: od wydobycia rudy po produkcję wyrobów żelaznych. Studiując historię fabryk, byliśmy bardzo zainteresowani rozwojem technologii metalurgicznej i poświęciliśmy tę pracę starożytnemu procesowi produkcji żelaza.

Rozwój hutnictwa żelaza

Pierwsze znane archeologom przedmioty żelazne pochodzą z X wieku p.n.e. Pierwsze żelazo było bardzo cenione i nie od razu zostało wykorzystane do wyrobu narzędzi. Najstarszą metodą otrzymywania żelaza z rudy była tzw. metoda serowo-dmuchowa, podczas której rudę żelaza i węgiel ładuje się do kuźni lub pieca, podczas którego spalania następuje częściowa redukcja żelaza z rudy. Do kuźni wtłaczano „surowe”, nieogrzewane powietrze, skąd wzięła się sama nazwa techniki. Topienie kruszonej rudy żelaza w kuźni zmieszanej z węglem drzewnym następowało w wysokich temperaturach. Gdy węgiel wypalił się, stałe ziarna żelaza odzyskane z rudy opadły na dno pieca i po zespawaniu utworzyły gąbczasty skrzep zwany kritsa. Aby zagęścić metal, zamrożoną kritsę wyjętą z kuźni wielokrotnie kuto, uzyskując monolityczny kawałek żelaza o wadze do 5-6 kg. Wyrobom metalurgicznym nadano okrągły, płaski kształt ciasta.

Następnie w produkcji żelaza prymitywne kuźnie zastąpiono wielkimi piecami: piece te są większe, bardziej produktywne, a także osiągają wyższe temperatury. Produktem wielkiego pieca jest surówka (żelazo o dużej zawartości węgla), która jest następnie przetwarzana na żelazo lub stal.

Cele i zadania pracy

Cel pracy: rekonstrukcja serowarskiego sposobu pozyskiwania żelaza we współczesnych warunkach.

Zadania:

1) Znajdź rudę potrzebną do wytopu żelaza.

2) Zbuduj piec, który będzie jak najbardziej odpowiadał starożytnym modelom.

3) Przeprowadzić proces topienia.

4) Analizuj otrzymane próbki.

Opis produkcji żelaza w literaturze

Jednym ze źródeł, z których przywróciliśmy starożytną metodę pozyskiwania żelaza, była książka Juliusza Verne’a „Tajemnicza wyspa”. Książka opisuje, jak kilka osób znalazło się na bezludnej wyspie w tych samych ubraniach i stopniowo tworzyło dla siebie różne udogodnienia, w tym wytapianie żelaza na własne potrzeby.

Ich metodę wytapiania nazwano „katalońską”. Było następująco. „Metoda katalońska w jej najprawdziwszym znaczeniu wymaga budowy pieców i tygli, w których warstwami umieszcza się rudę i węgiel”. Ale bohater książki, inżynier Cyrus Smith, zamierzał obejść się bez tych konstrukcji. Wzniósł „sześcienną konstrukcję z węgla i rudy i skierował do jej środka strumień powietrza”. „Węgiel, podobnie jak rudę, można było łatwo wydobywać w pobliżu, bezpośrednio z powierzchni ziemi. Najpierw rudę rozbijano na drobne kawałki i ręcznie oczyszczano z brudu. Następnie węgiel i rudę układano warstwa po warstwie, tak jak górnik robi to z drewnem, które chce spalić. Zatem pod wpływem powietrza pompowanego przez miechy węgiel musiał zamienić się w dwutlenek węgla, a następnie w tlenek węgla, co miało przywrócić rudę magnetyczną, czyli odebrać jej tlen.” Podmuch powietrza zorganizowano przy użyciu miechów ze skóry foki.

Żelazo udało się zdobyć, ale „było to trudne. Pomyślne wdrożenie go wymagało całej cierpliwości i pomysłowości kolonistów. Ostatecznie udało się i uzyskano półfabrykat żelazny w stanie gąbczastym, który trzeba było jeszcze kuć, aby usunąć z niego płynny żużel. W ten sposób uzyskano szorstki, ale użyteczny metal.”

Próbowaliśmy urzeczywistnić to, co opisał Juliusz Verne. Główna różnica między naszą metodą polegała na tym, że używaliśmy pieca.

Proces otrzymywania żelaza

Wydobycie rudy

3 czerwca 2010 roku wybraliśmy się na zwiedzanie okolic wsi Elizaryeva, gdzie jak wiemy znajdowały się kopalnie rudy żelaza. Z Sarowa dotarliśmy na miejsce w około 20 minut. Po dotarciu na miejsce udaliśmy się na poszukiwanie rudy, która powinna znajdować się na terenie dawnych kopalń. Najwięcej rudy znaleźliśmy tam, gdzie nie było trawy, a warstwa ziemi została usunięta (rów przeciwpożarowy) lub zagęszczona (droga). To właśnie w rowie znaleźliśmy większość rudy o różnej wielkości, do 15*10*10 cm (w przybliżeniu). Ruda była przeważnie szara i brązowa. Dominująca ruda ma kolor brązowy. Zebraliśmy wiadro rudy. Widzieliśmy także kilkanaście pozostałości rur, które były zasypane i zarośnięte już trawą.

Stara rura w pobliżu wsi Elizaryeva

Ruda żelaza

Mielenie rudy

Postanowiliśmy rozdrobnić rudę do rozmiaru nie większego niż 1 cm 3, aby ułatwić jej topienie. Zmiażdżyliśmy całą rudę w wiadrze i otrzymaliśmy około 3/5 wiadra pokruszonej rudy.

Układanie pieca

Do pieca wykorzystano fragmenty cegieł silikatowych. Piec ułożono przy użyciu mieszanki cementu i piasku. Wymieszaliśmy zaprawę i układaliśmy cegły rzędami w piekarniku, trzymając je razem z zaprawą.

Przygotowanie roztworu

Nasz piekarnik

Bezpiecznik

Piec rozgrzewano, paląc w nim drewnem przez półtorej godziny.

Do nagrzanego pieca wsypywaliśmy rudę, a następnie warstwami węgiel drzewny, zakupiony w sklepie. Musieliśmy osiągnąć temperaturę 900 stopni Celsjusza, dlatego oprócz warunków, jakie zapewniła nam natura, do przedmuchu musieliśmy użyć odkurzaczy (imitacja miechów). Były dwa odkurzacze i włączały się jeden po drugim, pracując 30 minut bez przerwy. Ale po godzinie topienia piec zaczął pękać, ponieważ cegła piaskowo-wapienna nie była w stanie wytrzymać tak wysokiej temperatury. Ale pomimo tego, że pękł, stop nie rozpadł się w ciągu 2 godzin i 30 minut. Podczas procesu topienia mierzono temperaturę wewnątrz pieca za pomocą specjalnego urządzenia. Wahała się od 800 do 1300 stopni Celsjusza. Cały proces przygotowania trwał 4 godziny.

Podmuch powietrza. Na zdjęciu Valentina Fedorovna Kuznetsova – właścicielka odkurzacza

Pomiary temperatury za pomocą pirometru przeprowadza Aleksiej Kowaliow

Wynik topnienia

Następnego dnia po rozebraniu pieca usunęliśmy z niego szare kawałki z lekkim metalicznym połyskiem.

Demontaż pieca

Próbki powstałego metalu

Najwyraźniej miała miejsce reakcja metalurgiczna (przed i po)

Próba kucia powstałego metalu

Zgodnie z metodą opisaną przez Juliusza Verne'a próbki powstałego metalu musiały zostać sfałszowane. Aby to zrobić, zabraliśmy je do kuźni, gdzie kowal podgrzał je w kuźni, ale pod jego młotkiem nasz metal się rozpadł. Badanie przeprowadzone w jednym z laboratoriów VNIIEF wykazało, że otrzymana substancja składa się z 20% żelaza, a pozostała część to tlenki żelaza.

Wniosek

Otrzymaliśmy metal, który okazał się nienadający się do wyrobu jakichkolwiek wyrobów.

Jaki był nasz możliwy błąd? Opublikowaliśmy nasze doświadczenia w Internecie i otrzymaliśmy wiele komentarzy, niektóre z nich były cenne.

W szczególności użytkownik o pseudonimie 3meys powiedział nam:

„Podczas wytapiania rudy temperatura powinna wynosić ~900 stopni, a niespalonego tlenu powinno być jak najmniej, aby nie utleniał metalu z powrotem”.

Z tego wnioskujemy, że mieliśmy temperaturę nieco wyższą niż to konieczne, a zredukowane żelazo uległo utlenieniu, co wyjaśnia kruchość i porowatość otrzymanych próbek.

Wierzymy jednak, że osiągnęliśmy swoje cele - przeprowadziliśmy wytop, w wyniku którego przeprowadzono proces metalurgiczny. Dzięki naszemu eksperymentowi jesteśmy bliżej zrozumienia starożytnej produkcji metalurgicznej.

Podziękowanie

Autor i kierownicy dziękują pracownikom Instytutu Fizyki Wybuchów Rosyjskiego Federalnego Centrum Jądrowego VNIIEF Aleksiejowi Jewgiejewiczowi Kowalowowi za pomiar temperatury za pomocą pirometru oraz Michaiłowi Igorevichowi Tkaczence za przeprowadzenie analizy dyfrakcji rentgenowskiej rudy i metalu.

Bibliografia

1. Michajłow L. (przełożeni A.M. Podurec, V.F. Kuznetsova). Fabryki Unżeńskiego Bataszewów. Sprawozdanie z odczytów w szkole Kharitonowa, Sarow, 2010.
2. Voskoboynikov V.G., Kudrin V.A., Yakushev A.M. Metalurgia ogólna. Moskwa, 2002.
3. http://erzya.ru/culture/57-krichniki.html
4. Vern J. Tajemnicza wyspa. Mińsk, 1984.
5. http://leprosorium.ru/comments/948169.

Aplikacja

Porównanie technologii dzisiaj, w XVII - XVIII wieku (wczoraj) i naszej

Wydobycie rudy:

Mielenie rudy:

Odbiór węgla: