Айронсанд - Ironsand
Железный песок , также известный как железный песок или железный песок , представляет собой тип песка с высоким содержанием железа . Обычно это темно-серый или черноватый цвет.
Он состоит в основном из магнетита Fe 3 O 4 , а также содержит небольшие количества титана, кремнезема, марганца, кальция и ванадия.
Ironsand имеет тенденцию нагреваться под прямыми солнечными лучами , вызывая достаточно высокие температуры , чтобы вызвать легкие ожоги. Таким образом, он представляет опасность в Новой Зеландии на популярных пляжах для серфинга на западном побережье, таких как Пиха .
Вхождение
Айронсанд встречается по всему миру. Хотя железо-минеральный состав железного песка в основном состоит из магнетита, песок обычно смешивают с другими типами песка, которые смывают вниз по реке или на берег с 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 , в то время как в других песок может быть сделан в основном из вулканических пород, таких как базальт , в зависимости от типов минералов, протекающих по пути воды. Железный песок обычно собирают по пути из пластов, жил или включений магнетита, которые могут образовываться на большом расстоянии от песчаных отложений, и смывают вниз по течению или вдоль течений вместе с остальной частью песка. Будучи более тяжелым, чем другие пески, он часто откладывается в местах, где вода внезапно меняет направление или скорость, например, расширение реки или приливы и отливы волн к береговой линии.
Железный песок смешан с другими песками в виде мелких крупинок черного или темно-синего магнетита. Песок, используемый для добычи полезных ископаемых, обычно содержит от 19% магнетита до 2%. Утюг и песок обычно нужно было отделить от смеси песка. Поскольку магнетит обычно тяжелее кварца, полевого шпата или других минералов, разделение обычно производилось путем промывки его в шлюзовых ящиках (метод, подобный промыванию золота, но в большем масштабе). Разделение шлюзов обычно дает концентрацию магнетита от 30 до 50%, в зависимости от типа песка и используемого метода. В начале 20-го века был разработан процесс магнитной сепарации, позволяющий производить концентрации до 70%. После концентрирования зерна магнетита можно было переплавить в различные формы железа. Однако рыхлую, гранулированную природу руды было трудно удерживать в обычных блюмерных печах или доменных печах, поскольку она имела тенденцию к гранулированному потоку (имитируя жидкость при более крупных продажах) и легко сдувалась сильфонными струями, поэтому было невозможно процесс с использованием обычных методов производства чугуна или стали. Таким образом, были разработаны инновационные методы плавки руды. Однако зерна магнетита 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 утюг и песок использовались преимущественно в азиатских культурах; особенно в Китае и Японии.
Китай
Айронсанд имел умеренное локализованное применение в Китае во время поздней промышленной революции , но на протяжении долгой истории китайской черной металлургии он был довольно незначительным товаром. В отличие от остальной части Евразии и Африки , существует очень мало археологических свидетельств того, что в древнем Китае применялась цветочная плавка . Китайская сельская местность богата залежами как железной руды с высоким содержанием фосфора , так и угля - топлива, которое горит при высокой температуре. Около 1200 г. до н.э. китайцы разработали метод плавления каменной руды в чугун, который затем переплавляли и разливали в формы ( литье ) для образования чугуна. Несмотря на то, что металл был очень хрупким, этот метод позволял производить железо в гораздо больших объемах, чем плавка с использованием блюмеров, и с гораздо более высоким выходом металла на руду. К I веку до нашей эры китайская металлургия была самой крупной и развитой в мире. К I веку нашей эры они разработали лужу для производства мягкой стали , тигельную сталь для изготовления таких вещей, как мечи и оружие, а также химический процесс быстрого обезуглероживания жидкого чугуна для производства кованого железа с использованием окислительных свойств селитры. (так называемый процесс Хитона , он был независимо открыт Джоном Хитоном в 1860-х годах). Китай оставался крупнейшим производителем железа в мире до 11 века, производя большое количество относительно доступной стали и чугуна.
Дональд Б. Вагнер, эксперт по древней китайской металлургии, отмечает, что попытки проследить историю чугуна в Китае заканчиваются безрезультатными. 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 войны, нашествий, голод, недоверие правительства, перенаселенность, восходящей опийной эпидемию, а также столкновение между различными клещами шахтеров, очень мало информации о промышленности между 11 - м и 19 - м веками до европейского шахтер по имени Феликс Tegengren прибыл найти китайскую промышленность в упадке. Тегенгрен отмечает, что железный песок добывался в шлюзах в Хэнани и Фуцзяне местными фермерами и плавился на древесном угле для изготовления инструментов, но это потребовало большого труда, поэтому было очень дорого. Его выплавляли только там, где было достаточно дров для пожаров, а более дешевая сталь была недоступна. Поэтому в Китае этот материал считался экономически неважным. Однако, поскольку добыча полезных ископаемых была безопасной, работа на открытом воздухе практиковалась местными фермерами для пополнения своего дохода везде, где это было возможно; в XIX веке 1000 фунтов замороженного песка обычно продавались за эквивалент от 50 до 60 долларов США (по обменному курсу 2016 года ~ 900-1000 долларов или 700-800 евро).
Однако в современную эпоху железный песок добывается из россыпи вдоль юго-восточного побережья Китая и используется 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 преобладает на южном побережье острова Ява .
Япония
Горное дело в Японии не практиковалось до 7-8 веков. До этого все металлы ввозились в Японию из Китая и Кореи. Месторождения железной руды в Японии были редкими, поэтому примерно в 8 веке технология производства железа была разработана с использованием в качестве сырья железного песка ( сатэцу ). Из-за рыхлого характера песка его было трудно плавить в обычной печи или использовать в доменной печи для производства передельного чугуна , поэтому японцы разработали криогенную печь с открытым верхом, названную татара . Татара была построена в форме невысокой, похожей на ванну формы, напоминающей горизонтальную доменную печь, в которую можно было заливать и удерживать железный песок и плавить его поэтапно. В отличие от других методов, древесный уголь складывался поверх песка и плавился сверху, чтобы его не разнесло взрывом из сильфонов . Вместо кирпича или камня татара была сделана из глины, чтобы ее можно было просто разбить, чтобы извлечь металлический налет. Этот метод позволял выплавлять намного большие объемы руды, чем другие виды плавки с использованием блюмеров.
Железный песок в Японии бывает двух видов. Железный песок Маса смешан с кварцевым песком, который смывается с гранитных гор. Магнетит в песке содержит мало примесей или других оксидов металлов. Утюги Маса использовались для производства кованого железа и стали , использовались во всем, от инструментов до посуды. Айронсанд широко использовался в Японии для производства железа, особенно для традиционных японских мечей .
Железный песок Акомэ смешан с песком из вулканической породы, называемой диоритом . Магнетит в песке часто содержит более 5% диоксида титана , что снижает температуру плавления. Акомэ Ironsand используется в Tatara , чтобы сделать чугун, который затем используется , чтобы сделать элементы выхода из чугуна ( nabegane ). При производстве стали, акомэ был добавлен к Tatara во время начальной стадии плавки, действуя в качестве связующего вещества и катализатора для производства стали, на которой маса Ironsand заливали в ходе дальнейших этапов. При выплавке передельного чугуна из 1000 фунтов песка (~ 450 кг или 120 канме ) обычно получается около 200 фунтов чугуна, 20 фунтов стали и 70 фунтов шлака. При выплавке стали из 1000 фунтов песка было получено около 100 фунтов стали, 100 фунтов шлака и 90 фунтов чугуна. Затем шлак и передельный чугун, непригодные для использования, плавили вместе, чтобы получить кованое железо, из которого 1000 фунтов, смешанные, дали около 500 фунтов железа.
Европа
Железный песок встречается во многих местах Европы, хотя его редко использовали для плавки. Часто встречается в сочетании с вулканическими или базальтовыми песками. Например, он находится 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% оксида кремния и оксида алюминия и следовые количества хрома . Он также может быть найден в реке Ди , в Абердиншире, Шотландия , и содержит 85,3% оксида железа, 9,5% диоксида титана, 1,0% мышьяка и 1,5% оксида кремния и оксида алюминия.
Новая Зеландия
Ironsand происходит экстенсивно на западном побережье Новой Зеландии «s Северного острова . Песок составляет большую часть пляжей с черным песком на Северном острове, а также окружающее морское дно. Магнетит в песке содержит довольно большое количество титана, который иногда называют титаномагнетитом. Он образовался в результате извержений вулканов, произошедших в эпоху плейстоцена , и образовался из-за океанической эрозии вулканической породы, которую волны выносят на берег, образуя дюны черных пляжей. Магнетит смешан с песком из андезита и риолита . Песчаная смесь обычно содержит от 5 до 40% магнетита.
В Новой Зеландии были 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 выплавлять в обычных блюменях или доменных печах. Несколько металлургических компаний образовались в конце 19-го и начале 20-го веков, но не смогли успешно перерабатывать руду из-за песчаной природы и высокого содержания титана, который имел тенденцию к образованию твердых, хрупких карбидов в стали. В 1939 году была сформирована комиссия для изучения свойств руды и разработки способа ее плавки в промышленных масштабах. Комиссия определила, что спекание песка в более крупные куски или окатыши может устранить проблемы плавления песка в доменной печи. Однако в то время началась Вторая мировая война , и, таким образом, дальнейшее развитие было приостановлено и возобновилось только в конце 1960-х годов, когда была произведена первая продукция стали в 1969 году.
Айронсанд добывается из россыпи в Северном мысе Вайкато. 1,2 миллиона тонн используется New Zealand Steel для производства стали в рамках уникального производственного процесса. Добыча на Тахароа дает до 4 миллионов тонн на экспорт. Предыдущая шахта существовала в Вайпипи в Южном Таранаки. Предложение Iron Ore NZ Ltd. о дальнейшей добыче железа и песка у берегов Таранаки встретило сопротивление со стороны некоторых маори и других в 2005 году в результате разногласий по поводу береговой полосы Новой Зеландии и морского дна . Большое количество его поставляется в Китай и Японию, но к 2011 году единственный завод в Новой Зеландии производил 650 000 метрических тонн стали и чугуна в год. Новая Зеландия - единственная страна, которая использует чугун и промышленную плавку. Типичный состав магнетита - 82% оксида железа , 8% диоксида титана и 8% кремнезема ; 0,015% серы и 0,015% фосфора . При 100% -ной концентрации магнетита это имеет максимальный потенциал для получения ~ 58% металлического железа, хотя титан невозможно извлечь современными методами.
Соединенные Штаты
Айронсанд широко встречается в США, особенно в районе Нью-Йорка , Южной Калифорнии , Новой Англии и Великих озер , где он часто смешивается с песком из полевого шпата и иногда с яркими зернами граната . Магнетит из этих мест часто содержит большое количество хрома и титана. В 19 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 барного инвентаря .
История
Согласно онлайн-записи OED по песчаному железу , Джедидия Морс (1761–1826) в своей книге «Американская универсальная география» (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 песчаное железо, известное как « тамахаганэ », в изготовлении мечей уже не менее 1200 лет. Изготовление песчаного железа в плавильных печах « татара » из кирпича и глины до сих пор практикуется японскими мастерами.