Айронсэнд

Железный песок из Финикса , штат Аризона , притягивается магнитом.

Железный песок , также известный как железный песок или железный песок , представляет собой тип песка с высокой концентрацией железа . Обычно он темно-серого или черноватого цвета.

Он состоит в основном из магнетита Fe ₃ O ₄ , а также содержит небольшое количество титана, кремнезема, марганца, кальция и ванадия.

Ironsand имеет тенденцию нагреваться под прямыми солнечными лучами , в результате чего температура становится достаточно высокой, чтобы вызвать легкие ожоги. Таким образом, он представляет опасность в Новой Зеландии на популярных пляжах для серфинга на западном побережье, таких как Пиха .

возникновение

Ironsand встречается по всему миру. Хотя железный минеральный состав железного песка в основном состоит из магнетита, песок обычно смешивается с другими типами песка, которые смываются вниз по течению или на берег из горных или подводных отложений. Точный состав песчаной смеси может сильно различаться даже в одном и том же географическом регионе. В некоторых районах песок может содержать в основном кварц , а в других песок может состоять в основном из вулканических пород, таких как базальт , в зависимости от типов минералов, встречающихся на пути воды. Железный песок обычно собирается по пути из пластов, жил или включений магнетита, которые могут возникать на большом расстоянии от песчаных отложений, и смывается вниз по течению или вдоль течений вместе с остальным песком. Будучи более тяжелым, чем другие пески, он часто откладывается в местах, где вода резко меняет направление или скорость, например, при расширении реки или там, где волны прибывают и отливают от береговой линии.

Железный песок перемешан с остальными песками в виде мелких зерен черного или темно-синего магнетита. Песок, используемый для добычи полезных ископаемых, обычно содержал от 19% магнетита до всего 2%. Железный песок обычно приходилось отделять от песчаной смеси. Поскольку магнетит обычно тяжелее кварца, полевого шпата или других минералов, его разделение обычно осуществлялось путем промывания его в шлюзовых камерах (метод, аналогичный промыванию золота, но в большем масштабе). Шлюзовое разделение обычно давало концентрации магнетита от 30 до 50%, в зависимости от типа песка и используемого метода. В начале 20 века был разработан процесс магнитной сепарации, позволяющий получать концентрации до 70%. После концентрации зерна магнетита можно было переплавить в различные формы железа. Однако рыхлую, гранулированную руду было трудно удерживать в обычных шароварах или доменных печах, поскольку она имела тенденцию к гранулированному течению (имитируя жидкость в больших масштабах) и легко уносилась сильфонными струями, поэтому было невозможно Процесс с использованием обычных методов производства чугуна или стали. Таким образом, были разработаны инновационные методы выплавки руды. Зерна магнетита, однако, часто содержат примеси других металлов , таких как хром , мышьяк или титан . Из-за характера песка горные работы редко были стационарными, а часто перемещались с места на место.

Азия

Исторически железный песок преимущественно использовался в Восточной Азии культурах ; особенно в Китае и Японии.

Китай

Железный песок имел умеренное, локализованное применение в Китае во время поздней промышленной революции , но на протяжении всей долгой истории китайской металлургической промышленности он был довольно неважным товаром. В отличие от остальной части Евразии и Африки , существует очень мало археологических свидетельств, позволяющих предположить, что в древнем Китае использовалась плавка цветных металлов . Китайская сельская местность была богата месторождениями, которые содержали как уголь (топливо, горящее при высокой температуре), так и железную руду с высоким содержанием фосфора . Около 1200 г. до н.э. китайцы разработали метод переплавки каменистой руды в чугун, который затем переплавляли и разливали в формы ( отливки ) для получения чугуна. Хотя металл был очень хрупким, этот метод позволял производить железо в гораздо больших объемах, чем плавка в блюминге, и с гораздо более высоким выходом металла на руду. К I веку до нашей эры китайская металлургическая промышленность была самой крупной и развитой в мире. К I веку нашей эры они разработали лужу для производства мягкой стали , тигельную сталь для изготовления мечей и оружия, а также химический процесс быстрого обезуглероживания жидкого чугуна для изготовления кованого железа, используя окислительные свойства селитры (называемой процесс Хитона , он был независимо открыт Джоном Хитоном в 1860-х годах). Китай оставался крупнейшим в мире производителем железа до 11 века, производя большое количество относительно доступной стали и железа.

Дональд Б. Вагнер, эксперт по древней китайской металлургии, отмечает, что попытки проследить историю железного песка в Китае заканчиваются безрезультатно. Один источник может указывать на его использование еще во времена династии Тан (~ 700-900 гг. н.э.), в то время как другие, похоже, противоречат этой интерпретации. Из-за войн, вторжений, голода, недоверия к правительству, перенаселенности, растущей эпидемии опиума и столкновений между различными горняками , существует очень мало информации об этой отрасли между 11 и 19 веками, когда европейский шахтер по имени Феликс Приехав Тегенгрен, он обнаружил, что китайская промышленность находится в упадке. Тегенгрен отмечает, что железный песок добывался шлюзами в Хэнани и Фуцзянь местными фермерами и плавился на углях для изготовления инструментов, но это требовало большого труда, что делало его очень дорогим. Его выплавляли только там, где было достаточно древесины для разжигания огня, а более дешевая сталь была недоступна. Поэтому в Китае этот материал считался экономически неважным. Однако, поскольку добыча полезных ископаемых была безопасной и выполнялась на открытом воздухе, местные фермеры практиковали ее, чтобы пополнить свой доход, где бы она ни была доступна; в XIX веке 1000 фунтов (450 кг) промытого песка обычно продавались по цене, эквивалентной 50–60 долларам США (по обменному курсу 2016 года ~ 900–1000 долларов или 700–800 евро).

Однако в наше время железный песок представляет собой россыпь, добываемую вдоль юго-восточного побережья Китая и используемую для выплавки стали. Типичный состав этого железного песка: 48,88% металлического железа, 25,84% кремнезема, 0,232% фосфора и 0,052% серы.

Индонезия

В Индонезии железный песок распространен на южном побережье острова Ява .

Япония

Крупномасштабная добыча полезных ископаемых не практиковалась в Японии до VII или VIII веков. До этого металлы обычно импортировались в Японию из Китая и Кореи. Считается, что в Японии залежей железной руды было мало, поэтому примерно в 8 веке была разработана технология производства железа с использованием железного песка ( сатецу ) в качестве сырьевого ингредиента. Из-за рыхлости песка его было трудно плавить в обычной печи или использовать в доменной печи для производства чугуна , поэтому японцы разработали печь с открытым верхом, называемую татара . Татара имела низкую форму ванны, напоминающую горизонтальную доменную печь, в которую можно было заливать, удерживать и плавить железный песок. В отличие от других методов, древесный уголь складывался поверх песка и плавился сверху, чтобы его не унесло потоками сильфонов . Вместо кирпича или камня татара делалась из глины, чтобы ее можно было просто разломать и извлечь металлический налет. Этот метод позволял выплавлять гораздо большие объемы руды, чем другие виды цветной плавки.

Железный песок в Японии бывает двух видов. Железный песок Маса встречается в смеси с кварцевым песком, который смывается с гранитных гор. Магнетит в песке содержит мало примесей и других оксидов металлов. Железный песок Маса использовался для производства кованого железа и стали , используемых во всем, от инструментов до посуды. Железный песок широко использовался в Японии для производства железа, особенно для традиционных японских мечей .

Железный песок Акоме встречается в смеси с песком из магматической породы, называемой диоритом . Магнетит в песке часто содержит более 5% диоксида титана , что снижает температуру плавки. Железный песок акоме используется в татаре для изготовления чугуна, который затем используется для изготовления предметов из чугуна ( набегане ). При производстве стали акоме добавляли в татару на начальном этапе плавки, действуя в качестве связующего вещества и катализатора при производстве стали, на которую маса . на последующих стадиях выливали железный песок При выплавке чугуна из 1000 фунтов (450 кг) или 120 канме обычно получалось около 200 фунтов (91 кг) чугуна, 20 фунтов (9,1 кг) стали и 70 фунтов (32 кг) шлака. При выплавке стали из 1000 фунтов (450 кг) песка было получено около 100 фунтов (45 кг) стали, 100 фунтов (45 кг) шлака и 90 фунтов (41 кг) чугуна. Шлак и чугун, непригодные для использования, затем плавились вместе, чтобы получить кованое железо, из которого из 1000 фунтов (450 кг) в смеси производилось около 500 фунтов (230 кг) железа.

Европа

Железный песок встречается во многих местах Европы, хотя для выплавки его использовали редко. Часто встречается в сочетании с вулканическими или базальтовыми песками. Например, он встречается на Тенерифе , Испания , где зерна магнетита содержат очень большое количество титана и других примесей. Типичный состав: 79,2% оксида железа, 14,6% диоксида титана, 1,6% оксида марганца , 0,8% кремнезема и оксида алюминия , а также следовые количества хрома . Его также можно найти в реке Ди в Абердиншире, Шотландия , где он содержит 85,3% оксида железа, 9,5% диоксида титана, 1,0% мышьяка и 1,5% кремнезема и оксида алюминия.

Новая Зеландия

Ironsand широко распространен на западном побережье Новой Зеландии Северного острова . Песок составляет большую часть пляжей с черным песком на Северном острове, а также окружающее его морское дно. Магнетит в песке содержит довольно большое количество титана, и его иногда называют титаномагнетитом. Он образовался в результате извержений вулканов, произошедших в эпоху плейстоцена , и образовался в результате океанической эрозии вулканической породы, которая волнами выбрасывается на берег, образуя дюны черных пляжей. Магнетит смешан с песком из андезита и риолита . Песчаная смесь обычно содержит от 5 до 40% магнетита.

Новая Зеландия имела ограниченные запасы железной руды, но залежи железного песка были огромными. Некоторые ранние поселенцы использовали его для производства стали и чугуна, но этот материал нельзя было выплавить в обычных цветочных цехах или доменных печах. Несколько металлургических компаний были основаны в конце 19-го и начале 20-го веков, но не смогли перерабатывать руду с каким-либо экономическим успехом из-за песчаной природы и высокого содержания титана, который имел тенденцию образовывать в стали твердые, хрупкие карбиды. В 1939 году была создана комиссия для изучения свойств руды и разработки способа ее выплавки в промышленных масштабах. Комиссия установила, что путем спекания песка в более крупные куски или окатыши можно устранить проблемы, связанные с плавкой песка в доменной печи. Однако в то время началась Вторая мировая война , и поэтому дальнейшее развитие было приостановлено и возобновилось только в конце 1960-х годов, а первая продукция стали была произведена в 1969 году.

Ironsand — это россыпь, добываемая в Вайкато-Норт-Хед. 1,2 миллиона тонн используется компанией New Zealand Steel для производства стали в рамках уникального производственного процесса. Горнодобывающая промышленность в Тахароа производит до 4 миллионов тонн на экспорт. Предыдущая шахта существовала в Вайпипи в Южном Таранаки. Предложение компании Iron Ore NZ Ltd. о дальнейшей добыче железного песка у побережья Таранаки встретило сопротивление со стороны некоторых маори и других в 2005 году после разногласий по поводу прибрежной зоны Новой Зеландии и морского дна . Большое количество продукции поставляется в Китай и Японию, но к 2011 году единственный завод Новой Зеландии производил 650 000 метрических тонн стали и чугуна в год. Новая Зеландия — единственная страна, использующая железный песок для промышленной плавки. Типичный состав магнетита: 82% оксида железа , 8% диоксида титана и 8% кремнезема ; 0,015% серы и 0,015% фосфора . При 100% концентрации магнетита он имел максимальный потенциал для получения ~ 58% металлического железа, хотя титан не подлежит извлечению современными методами.

Соединенные Штаты

Железный песок широко встречается в США, особенно в районе Нью-Йорка , Южной Калифорнии , Новой Англии и Великих озер , где он часто смешан с полевым шпатом, а иногда и с яркими зернами граната . Магнетит этих мест часто содержит большое количество хрома и титана. В XIX веке железный песок иногда использовался в качестве промокательного песка для бетонных и каменных работ или, реже, в качестве сырья для производства стали; один кузнец в Коннектикуте использовал его для изготовления слитков .

История

Согласно онлайн-записи OED о песочном железе , Джедидия Морс (1761–1826) в статье в «Американской универсальной географии» (новое издание, 1796 г. (2 тома)) заявил, что Джаред Элиот (1685–1763) изобрел песчаное железо, или изготовление железа из черного песка , в 1761 году. Однако японские мастера использовали песчаник, известный как « тамахаганэ », при изготовлении мечей уже как минимум 1200 лет. Производство песка и железа на плавильных печах « татара », из кирпича и глины, практикуется японскими мастерами и сегодня.

См. также

• Железная руда
• Железный камень
• Добыча песка

Внешние ссылки

• История железных песков в производстве стали Новой Зеландии