Получение железа из руд: сыродутный процесс, его технология

Ведущие источники железа у древних русичей

Древние русичи, живущие в IX-XIII веках, применяли несколько методов добычи железа. Основными источниками сырья для изготовления железных изделий были болота, речные песчаники и осадки, а также океанские пляжи.

Болота были одним из наиболее доступных источников железной руды. Русичи выбирали места, где проходили водотоки с железными минералами и разрабатывали болота, откачивая воду и добывая руду. После этого, руду обрабатывали, выделяя железо, которое затем использовали для изготовления оружия, инструментов и других предметов.

Речные песчаники также были важными источниками железной руды для древних русичей. Речные песчаники содержат оксиды железа, которые после обогащения можно использовать для получения железа. Процесс добычи включал выборку речного песка, его промывку и извлечение железной руды. Затем руду обрабатывали и из нее получали железо.

Осадки и океанские пляжи являлись природными источниками железной руды. В дождливые или снежные периоды, осадки и растаявший снег наносили речные долины и депрессии, оставляя в них различные минералы, включая железную руду. Для добычи русичи использовали отмели и пляжи, где собирали нанесенные ими осадки и выбирали из них железную руду. Затем руду обрабатывали и расплавляли для изготовления различных предметов.

Секреты добычи железа в древней Руси

Древняя Русь была одним из ведущих производителей железа в Средние века. Она обладала секретами добычи железной руды и технологией ее переработки, которые позволяли получать качественное и прочное металлоизделие.

Одним из секретов добычи железа было использование подземных разработок. Русские мастера обнаружили, что в некоторых местах земли находятся богатые залежи железной руды. Для добычи ее они выкапывали шахты и разрабатывали горные выработки. Таким образом, мастера добывали руду из глубины земли, что позволяло им получать качественный материал для дальнейшей переработки.

Еще одним секретом добычи железа было использование плавильных печей. Русские мастера умели правильно распределять температуру в печах, что обеспечивало равномерное нагревание руды. Они также добавляли различные примеси, чтобы улучшить качество получаемого железа. В результате использования плавильных печей русские мастера получали высококачественное железо, которое использовалось в различных отраслях промышленности и строительстве.

Также важным секретом добычи железа было применение специальной технологии обработки руды. Русские мастера знали, как очищать руду от лишних примесей и сортировать ее по качеству. Они использовали различные способы обогащения руды, такие как магнитное сортирование и флотацию, чтобы получить более концентрированный материал. Такая обработка позволяла мастерам получить максимальное количество железа из руды и повысить качество производимого металла.

Секреты добычи железа в древней Руси
Использование подземных разработок
Применение плавильных печей
Технология обработки руды

В итоге, благодаря секретам добычи железа, древняя Русь стала великой промышленной державой своего времени. Ее железо было известно своей прочностью и отличными эксплуатационными характеристиками. И до сих пор мастера и ученые изучают технологии, используемые в древней Руси, чтобы применить их в современной промышленности.

Древние русичи и их технологии

Древние русичи, населявшие глубинки Русской земли, развивали уникальные технологии добычи и обработки железа, которые установили основы для развития железной промышленности в России.

В основе железодобычи лежала техника «ручной круговой печи». Для этого необходимо было вырыть специальную яму, затем поставить высокую соломенную крышу. В течение многих часов русичи нагревали печь древесным углем и помещали в нее руду. В результате этого процесса происходило выделение железа.

Полученное железо было очень хрупким и не пригодным для использования в таком виде. Поэтому русичи применяли специальные технологии обработки. Например, изготовление ножей. Необработанное железо нагревалось и затем ковалось на наковальне при помощи кузнечного молота. Последующая обработка включала закалку — нагревание металла до высокой температуры и быстрое охлаждение в воде или масле.

Также русичи использовали технологию литья из жидкого железа при помощи специальных форм. Для этого они собирали печь из глины и укладывали в нее расплавленное железо. Полученные литые предметы обладали повышенной прочностью и точностью.

Таким образом, древние русичи были мастерами в области добычи и обработки железа, и их технологии считаются одними из первых в истории Человечества.

Изобретение доменной печи в средние века

Первые доменные печи, появление которых в Западной Европе относится к середине XIV в., по своим размерам мало отличались от домниц, но постепенно конструкция их совершенствуется.

— Реклама —

Схема доменной печи XV —XVI веков

Доменная печь XV – XVI веков (рис. 31) имела примерно следующие размеры:

• высота ее доходила до 4,5 м,
• а внутренний диаметр был равен примерно 1,8 м.

Меха приводились в движение уже водяным колесом.

Если из одного сыродутного горна при напряженной работе в сутки могли получить только 8 кг железа, то в такой доменной печи уже производили 1,6 тонны чугуна.

В России первые доменные печи были построены в 1637 году недалеко от Тулы и Каширы, а в 1670 году – в Олонецком крае.

Влияние добычи металла на развитие Руси

Добыча металла играла важную роль в развитии Руси на протяжении многих веков. Она обеспечивала материалы для создания оружия, инструментов и предметов роскоши, что способствовало укреплению власти и процветанию государства.

Золото и серебро, добываемые на Руси, использовались для изготовления ювелирных изделий, украшений и предметов поклонения. Это способствовало развитию ремесленной и культурной сферы: созданию художественных произведений, украшению церквей и дворцов, обмену товарами с другими государствами.

Добыча железа и других металлов использовалась для производства оружия, снаряжения и сельскохозяйственных инструментов. Это позволяло Руси обеспечить свою оборону и развитие сельского хозяйства.

Развитие горнодобывающей промышленности создавало новые рабочие места и способствовало росту населения в городах, где размещались рудники. В свою очередь, увеличение числа горожан способствовало развитию торговли и обмену товарами между городами и странами.

Таким образом, добыча металла имела комплексное влияние на развитие Руси, способствуя развитию ремесел, архитектуры, торговли и обороны. Она стала одним из факторов, определивших силу и процветание Русского государства на протяжении многих веков.

Железная руда

Для начала стоит рассмотреть способ производство железа из железной руды. Железо – элемент весьма распространенный. По содержанию в земной коре металл занимает 4 место среди всех элементов и 2 среди металлов. В литосфере железо представлено обычно в виде силикатов. Наибольшее его содержание отмечено в основных и ультраосновных породах.

Практически все горные руды содержат какую-то толику железа. Однако разрабатываются лишь те породы, в которых доля элемента имеет промышленное значение. Но и в этом случае количество пригодных для разработки минералов более чем велико.

• Прежде всего, это железняк – красный (гематит), магнитный (магнитит) и бурый (лимонит). Это сложные оксиды железа с содержанием элемента в 70–74%. Бурый железняк чаще встречается в корах выветривания, где формирует так называемые «железные шляпы» толщиной до нескольких сот метров. Остальные имеют в основном осадочное происхождение.
• Очень распространен сульфид железа – пирит или серный колчедан, однако железной рудой он не считается и идет на производство серной кислоты.
• Сидерит – карбонат железа, включает до 35%, это руда средняя по содержанию элемента.
• Марказит – включает до 46,6%.
• Миспикель – соединение с мышьяком и серой, содержит до 34,3% железа.
• Леллингит – включает всего 27,2% элемента и считается рудой бедной.

Минеральные породы классифицируют по доле железа таким образом:

• богатые – с содержанием металла более, чем 57%, с долей кремнезема менее 8–10%, и примесью серы и фосфора менее 0,15%. Такие руды не обогащаются, сразу отправляются на производство;
• руда со средним содержанием включает не менее 35% вещества и нуждается в обогащении;
• бедные железные руды должны содержать не менее 26%, и тоже обогащаются перед отправкой в цех.

Общий технологический цикл производства железа в виде чугуна, стали и проката рассмотрен в этом видео:

Известные производители

Самая большая доля месторождений железной руды приходится на Россию и Бразилию – 18%, Австралию – 14%, а также Украину – 11%. Крупнейшими экспортерами являются Австралия, Бразилия и Индия. Пик стоимости железа наблюдался в 2011 году, когда тонна металла оценивалась в 180 $. К 2016 цена упала до 35 $ за тонну.

К наиболее крупным производителям железа относят следующие компании:

• Vale S. A. – бразильская горнодобывающая компания, крупнейший производитель железа и никеля;
• BHP Billiton – австралийская компания. Основное ее направление – добыча нефти и газа. Но при этом она же является крупнейшим поставщиком меди и железа;
• Rio Tinto Group – австралийско-британский концерн. Rio Tinto Group добывает и производит золото, медь, железо, алмазы и уран;
• Fortescue Metals Group – еще одна австралийская компания, специализирующаяся по добыче руды и производству железа;
• В России крупнейшим производителем выступает Евразхолдинг – металлургическая и горнодобывающая компания. Также известны на мировом рынке Металлинвест и ММК;
• ООО «Метинивест холдинг» – украинская горно-металлургическая компания.

Распространенность железа велика, способ добычи достаточно прост, да и выплавка в конечном счете – процесс экономически выгодный. Вместе с физическими характеристиками производство и обеспечивает железу роль главного конструкционного материала.

Изготовление хлорного железа показано в этом видеоролике:

XIX век: промышленная революция и развитие металлургии

XIX век стал переломным периодом в развитии металлургической промышленности России. Промышленная революция, начавшаяся в западных странах, оказала сильное влияние на развитие металлургии и добычу металла на территории Русской империи.

Одной из важных отраслей металлургии XIX века была железорудная промышленность. По мере модернизации и развития технических процессов, повышалась производительность и качество выпускаемого железа. В этот период было освоено множество новых месторождений железной руды, что привело к увеличению объемов добычи и производства металла.

В XIX веке широко использовались новые методы добычи и обработки металла. Одним из таких методов была мартеновская плавка стали. Она позволяла производить сталь высокого качества и улучшала характеристики конечного продукта. Также в этот период были совершенствованы методы производства чугуна и литья из него различных изделий.

Развитие металлургии в XIX веке было неразрывно связано с развитием железнодорожного транспорта. Строительство железных дорог требовало огромных объемов металла, что способствовало развитию добычи и производства

Важное значение имело также создание новых металлургических заводов и предприятий, оборудование которых позволяло перерабатывать сырье в больших объемах

В целом, XIX век стал периодом интенсивного развития металлургической промышленности России. Использование новых технологий и методов обработки металла, расширение месторождений и увеличение объемов добычи способствовали развитию отрасли и придавали импульс дальнейшему развитию промышленности на Руси.

История железодобычи на Руси

В то время железо добывали из россыпных железных руд, которые находили на поверхности земли или в речных русловых отложениях. Начиная с XI века, появляются первые упоминания о рудниках, в которых велись работы по разработке железных руд. В основном, рудники находились в районах Костромской, Владимирской, Нижегородской, Вятской и других областей.

Технологии железодобычи в эти времена были достаточно простыми. Первоначально, руду просто собирали и перерабатывали на месте, используя открытые печи. Это позволяло получать несколько килограммов железа за один процесс. Позже, по мере развития технологий, стали использовать дробилки, печи-жаровни и другие инструменты для увеличения производительности и качества железа.

Сам процесс добычи железной руды и переработки ее в железо требовал большого количества ресурсов и мастерства. Руду размалывали и отделяли от нежелательных примесей, затем кладили в печь и нагревали до высокой температуры, чтобы выжечь из нее излишки углерода и получить чистое железо. Для обеспечения высокой температуры печи использовали дрова, уголь или горячий воздух.

Одним из ключевых мест в добыче железа были богатые реки, такие как Вятка, Кострома, Волга и другие. Они служили как источник энергии для привода механизмов и питания печей. После переработки железо использовалось для изготовления различных предметов, включая оружие, инструменты, украшения и др.

Железная промышленность на Руси развивалась параллельно с другими отраслями и имела большое значение для экономики и военной мощи страны. Она способствовала развитию ремесленников, повышению жизненного уровня населения и обеспечению безопасности государства.

В целом, история железодобычи на Руси демонстрирует важность этой отрасли и умения древних русичей добывать и перерабатывать ценный металл, благодаря чему они смогли обеспечить процветание своей страны

Роль России в мировой добыче металла

Россия играет значительную роль в мировой добыче металла, являясь одним из крупнейших производителей и экспортеров различных металлических руд. Страна обладает богатыми природными ресурсами, включая залежи железной руды, алюминия, меди, никеля, цинка, золота и серебра.

Железная руда является одним из самых важных металлургических ресурсов, и Россия занимает ведущую позицию в ее добыче. Крупные железные рудники расположены на Севере и в Уральском регионе страны. Российская железная руда характеризуется высокими содержаниями железа и низким уровнем примесей, что делает ее востребованной на мировом рынке.

Кроме железной руды, Россия также имеет значительные доли в мировой добыче алюминия, меди и никеля. Российские алюминиевые заводы производят значительное количество алюминия и его сплавов. Медная руда добывается главным образом на Урале и в Сибири, и Россия занимает одно из ведущих мест в мировой добыче меди. Никель является другим важным металлом, который добывается в России, и страна является одним из крупнейших производителей этого металла в мире.

Россия также известна своими богатыми залежами золота и серебра. Множество золотых и серебряных рудников находятся в Сибири, на Дальнем Востоке и в Северо-Восточной части страны. Золото и серебро добываются как из природных россыпей, так и из подземных рудников.

Таким образом, Россия играет важную роль в мировой добыче металла благодаря своим богатым природным ресурсам и крупным производителям. Страна предоставляет значительный вклад в мировую экономику и сырьевой рынок, обеспечивая поставки металлов различных секторов промышленности.

Разработка месторождений

Существует несколько методов добычи руды. Применяют тот, который находят наиболее экономически целесообразным.

• Открытый способ разработки – или карьерный. Рассчитан на неглубокое залегание минеральной породы. Для добычи выкапывают карьер глубиной до 500 м и шириной, зависящей от мощности месторождения. Железную руду извлекают из карьера и транспортируют машинами, рассчитанными на перевозку тяжелых грузов. Как правило, так добывают именно богатую руду, так что необходимости в ее обогащении не возникает.
• Шахтный – при залегании породы на глубине 600–900 м, бурят шахты. Такая разработка куда более опасна, поскольку связана со взрывными подземными работами: обнаруженные пласты взрывают, а затем собранную руду транспортируют наверх. При всей своей опасности этот метод считается более эффективным.
• Гидродобыча – в этом случае бурят скважины на определенную глубину. В шахту спускают трубы и подают воду под очень большим давлением. Водная струя дробит породу, а затем железную руду поднимают на поверхность. Скважинная гидродобыча мало распространена, так как требует больших затрат.

Далее рассмотрены технология, процессы изготовления железа.

Совершенствование процесса плавления металла

Хотя сыродутный процесс давал мягкое железо высокого качества, но крайне низкая степень извлечения железа из руды (не больше 50%) и очень незначительная производительность не удовлетворяли увеличивающегося спроса на металл.

Стремление устранить эти недостатки привело к увеличению высоты самого горна, в результате чего сыродутный горн превратился в домницу.

Кроме того предприняли усиление дутья путем применения водяного колеса для приведения в действие воздуходувных мехов.

Эти два технических усовершенствования изменили и самый процесс, который происходил в горне. Температура в верхней части горна понизилась до 750—900°, и поэтому железная руда восстанавливалась раньше, чем образовывался шлак. Благодаря этому уменьшились потери железа в шлаке, а само железо сильнее науглероживалось.

— Реклама —

В результате в нижней части печи, где температура под влиянием дутья повысилась до 1350°, вместо твердого железа получался жидкий чугун.

Сперва чугун получался случайно вследствие отклонения сыродутного процесса от нормального хода. Он был хрупок, не поддавался ковке и поэтому рассматривался как брак, вызванный расстроенным ходом сыродутного процесса.

Этим можно объяснить названия, которые были даны чугуну на разных языках. Так, например, по-русски: «чугунная свинка», «чушка», на английском языке: «Pig-iron», или «свиное железо».

История добычи металла на Руси

Добыча металла на Руси берет свое начало в древние времена. В эпоху бронзового века на территории Руси уже существовала добыча меди и олова. Однако основной прорыв в добыче металла произошел в эпоху железного века. Железная руда стала основным источником металла, который использовался для создания оружия, инструментов и предметов быта.

С развитием государства Киевской Руси добыча металла стала осуществляться на более широком масштабе. Древние кузнецы на Руси обладали высокими навыками обработки металла и создания сложных изделий. Они использовали различные методы добычи, включая разливку жидкого металла в формы и ковку на наковальне. Их изделия были востребованы внутри страны и стали экспортным товаром.

Со временем технологии добычи металла на Руси совершенствовались. В 17-18 веках были открыты новые месторождения металла, включая золото и серебро. Добыча этих драгоценных металлов стала источником богатства для многих знатных семей. К тому же, развитие добычи металла способствовало развитию других отраслей промышленности, таких как машиностроение и судостроение.

Сегодня добыча металла на Руси продолжается. Россия является одним из ведущих мировых производителей металла. Здесь добываются такие металлы, как железо, алюминий, медь, никель и платина. Добыча металла на Руси включает в себя использование современных технологий и инноваций, чтобы повысить эффективность и качество процесса.

История добычи металла на Руси свидетельствует о важности этого отрасли промышленности и ее влиянии на развитие страны. Добыча металла была и остается одним из важных источников дохода для России, а также играет роль в мировой экономике

Источники сырья в древности

Добыча железа в глубинках Русской земли требовала наличия источников сырья. Главными источниками сырья для производства железа были болота и озера, где содержалось большое количество богатых железными рудами осадков. Русичи активно использовали эти естественные месторождения для добычи руды.

Особенно ценными были болотистые участки, на которых образовывались железные рудники. Для добычи руды в таких местах русичи использовали специальные инструменты, такие как кирки, лопаты и ломы. Они выкапывали руду из болота или отбирали ее из озерного дна.

Источники сырья	Места добычи
Болота	Селище Поздня пыринскои культуры, Нижняя Синча
Озера	Озеро Иисси, Озеро Полно

Полученную руду русичи затем перерабатывали в железо. Для этого они использовали особые печи – жернова. Жернова позволяли достичь высокой температуры, необходимой для варки руды. В результате варки железная руда превращалась в железо и могла быть использована для изготовления различных предметов.

В древности источники сырья для производства железа были неоценимыми ресурсами. Русичи умели использовать эти ресурсы наиболее эффективно, что позволяло им добывать и перерабатывать большое количество железа. Это способствовало развитию ремесел и торговли на Русской земле.

Двухступенчатая технология получения стали

Однако с течением времени его начали применять для производства отливок, а несколько позже негодный для литья чугун пускали вместе с рудой во вторичную переплавку. При этом обнаруживалось, что передел чугуна в мягкое (сварное) железо во второй плавке требует меньшего расхода топлива и руды, а железо получается лучшего качества.

Поэтому впоследствии сыродутный процесс стал постепенно вытесняться двухступенчатым способом получения стали: сначала получали чугун, а потом, при вторичной переплавке в горне, — сталь.

• Первая стадия называется доменным процессом, а печь, где производится этот чугун,— доменной печью.
• Вторая стадия получила название кричного передела.

Средневековая технология получения железа

В горн закладывались железная руда и древесный уголь и мехами нагнетался воздух. В результате восстановления руды получалась железная крица до 8 кг весом.

Процесс восстановления железа продолжался 2—2,5 часа. В сыродутном горне вследствие высокой температуры (обычно 1100 – 1350°), одинаковой по всему объему рабочего пространства горна, происходил процесс прямого восстановления железной руды.

— Реклама —

Извлекаемая из горна крица (кусок малоуглеродистого железа губчатого строения с некоторым количеством серы, фосфора, кремния, марганца и других примесей со шлаковыми включениями) в дальнейшем проковывалась, в результате чего получалось сварное железо.

Кричный горн

Обычно при одной доменной печи работало несколько кричных горнов.

Кричный горн начала XVII века

Для передела чугуна в железо сооружали кричный горн, в который загружали 150 – 200 кг чугуна, располагая его на слое горящего древесного угля. Плавясь, чугун капля за каплей стекал вниз, проходил через окислительную область против фурм, через которые подавался воздух, теряя часть углерода. Здесь же окислялось железо, образуя двойной силикат железо-марганца, который, попадая на дно горна, расплавлялся там в сильно основном железистом шлаке, оставшемся от предшествующей операции.

Этот шлак постепенно окислял углерод металла, лежащего на дне горна, отчего температура плавления его повышалась, металл «загустевал». Тогда его поднимали ломом повыше фурм, с тем чтобы он проплавился еще раз.

Под воздействием дутья и вытапливающегося из губчатой массы шлака происходило дальнейшее выгорание углерода, и вновь осевший на дно горна металл быстро становился мягким, легко сваривающимся.

Постепенно на дне горна образовывался ком, крица (весом 30—100 кг и более), которая извлекалась из горна для проковки под молотом с целью уплотнения ее и выдавливания жидкого шлака (в кричном железе в виде прожилок оставались частицы шлака).

Кричный передел протекал от 1 до 2 часов. В сутки в кричном горне можно было получить около 1 тонну металла, причем выход годного кричного железа составлял 90 – 92% веса чугуна.

Таким образом, переход от одноступенчатого (сыродутного) процесса получения железа к двухступенчатому (доменный и кричный) позволил значительно поднять производительность труда и обеспечить все возрастающий спрос на металл.

Рекомендуем также:

Цехи и развитие ремесел в средние века

Развитие металлургии в Приуральском очаге ямной культуры

Земледелие в средние века

Добыча полезных ископаемых в Европе в средние века

Изобретение бумаги и развитие книгопечатания

История открытия железа