Eisensand - Ironsand
Eisensand , auch bekannt als Eisen-Sand oder Eisensand , ist eine Art von Sand mit schweren Konzentrationen von Eisen . Es ist typischerweise dunkelgrau oder schwärzlich gefärbt.
Es besteht hauptsächlich aus Magnetit , Fe 3 O 4 und enthält außerdem geringe Mengen an Titan, Siliciumdioxid, Mangan, Calcium und Vanadium.
Eisensand neigt dazu, sich bei direkter Sonneneinstrahlung aufzuheizen , was zu Temperaturen führt, die hoch genug sind, um leichte Verbrennungen zu verursachen. Als solches stellt es in Neuseeland an beliebten Surfstränden an der Westküste wie Piha eine Gefahr dar .
Auftreten
Eisensand kommt weltweit vor. Obwohl die Eisenmineralzusammensetzung des Eisensands hauptsächlich aus Magnetit besteht, wird der Sand normalerweise mit anderen Sandarten gemischt, die aus Berg- oder Unterwasserablagerungen flussabwärts oder an Land gespült werden. Die genaue Zusammensetzung der Sandmischung kann sogar in der gleichen geografischen Region drastisch variieren. In einigen Gebieten kann der Sand hauptsächlich Quarz enthalten , während der Sand in anderen hauptsächlich aus vulkanischem Gestein wie Basalt besteht , abhängig von der Art der Mineralien entlang des Wasserweges. Der Eisensand wird typischerweise auf dem Weg von Betten, Adern oder Einschlüssen von Magnetit aufgenommen, die weit von den Sandvorkommen entfernt sein können, und mit dem Rest des Sandes stromabwärts oder entlang der Strömungen gewaschen. Da es schwerer als die anderen Sande ist, wird es oft in Bereichen abgelagert, in denen das Wasser eine plötzliche Richtungs- oder Geschwindigkeitsänderung erfährt, wie z.
Der Eisensand wird mit den anderen Sanden als kleine Körner aus schwarzem oder dunkelblauem Magnetit vermischt. Der für den Bergbau verwendete Sand enthielt normalerweise zwischen 19% und nur 2% Magnetit. Der Eisensand musste typischerweise von der Sandmischung getrennt werden. Da der Magnetit normalerweise schwerer ist als Quarz, Feldspat oder andere Mineralien, wurde die Trennung normalerweise durch Waschen in Schleusenkästen durchgeführt (eine Methode, die dem Goldwaschen ähnelt, jedoch in größerem Maßstab). Die Schleusenabscheidung ergab typischerweise Magnetitkonzentrationen im Bereich von 30 bis 50 %, abhängig von der Sandsorte und dem verwendeten Verfahren. Anfang des 20. Jahrhunderts wurde ein Verfahren zur magnetischen Trennung entwickelt, das Konzentrationen von bis zu 70 % erzeugen konnte. Einmal konzentriert, konnten die Magnetitkörner dann zu verschiedenen Eisenformen geschmolzen werden. Die lockere, körnige Natur des Erzes war jedoch in üblichen Bloomeries oder Hochöfen schwer einzudämmen, neigte zum körnigen Fließen (das bei größeren Verkäufen eine Flüssigkeit nachahmte) und wurde von den Blasebalgstößen leicht weggeblasen, so dass es unmöglich war, Verfahren mit gängigen Methoden der Eisen- oder Stahlherstellung. So wurden innovative Methoden zur Verhüttung des Erzes entwickelt. Die Magnetitkörner enthalten jedoch oft andere Metallverunreinigungen wie Chrom , Arsen oder Titan . Aufgrund der Beschaffenheit des Sandes war der Bergbau selten stationär, sondern häufig von Ort zu Ort verlegt.
Asien
Historisch wurde Eisensand überwiegend in asiatischen Kulturen verwendet; vor allem in China und Japan.
China
Eisensand wurde in China während der späten Industriellen Revolution gemäßigt, lokalisiert verwendet , war aber in der langen Geschichte der chinesischen Eisenindustrie ein eher unwichtiger Rohstoff. Im Gegensatz zum Rest Eurasiens und Afrikas gibt es nur sehr wenige archäologische Beweise, die darauf hindeuten, dass das Schmelzen von Blühpflanzen im alten China verwendet wurde . Die chinesische Landschaft war reich an Vorkommen sowohl an Eisenerz mit einem hohen Phosphorgehalt als auch an Kohle , einem Brennstoff, der bei hohen Temperaturen verbrennt. Um 1200 vor Christus entwickelte die Chinesen ein Verfahren zur Herstellung der felsigen Erz in Roheisen Schmelzen, die dann wieder geschmolzen wurde und in Formen gegossen ( gegossen ) aus Gusseisen zu bilden. Obwohl das Metall sehr spröde war, war diese Methode in der Lage Eisen in vielen größeren Mengen als Bloomery Schmelzen, und mit erheblich höher zu produzieren Ausbeuten an Metall pro Erz. Im 1. Jahrhundert v. Chr. war die chinesische Eisenindustrie bei weitem die größte und fortschrittlichste der Welt. Im 1. Jahrhundert n. Chr. hatten sie Pfützen zur Herstellung von Weichstahl , Tiegelstahl zur Herstellung von Gegenständen wie Schwertern und Waffen und ein chemisches Verfahren zur schnellen Entkohlung von flüssigem Roheisen zur Herstellung von Schmiedeeisen entwickelt, das die Oxidationseigenschaften von Salpeter nutzte (genannt Heaton-Prozess , es wurde unabhängig von John Heaton in den 1860er Jahren entdeckt). China blieb bis zum 11. Jahrhundert der weltweit größte Eisenproduzent und stellte große Mengen relativ erschwinglichen Stahls und Eisens her.
Donald B. Wagner, ein Experte für alte chinesische Metallurgie, stellt fest, dass Versuche, die Geschichte von Eisensand in China zu verfolgen, mit nicht schlüssigen Ergebnissen enden. Eine Quelle könnte auf seine Verwendung bereits in der Tang-Dynastie (~ 700-900 n. Chr.) hinweisen, während andere dieser Interpretation zu widersprechen scheinen. Durch Kriege, Invasionen, Hungersnöte, Misstrauen gegenüber der Regierung, überbevölkerung, eine steigende Opium - Epidemie und Auseinandersetzungen zwischen verschiedenen Zangen der Bergleute, sehr wenig Informationen gibt es über die Branche zwischen dem 11. und 19. Jahrhundert, bis ein europäischer Bergmann Felix Tegengren genannt angekommen die chinesische Industrie in Trümmern zu finden. Tegengren stellt fest, dass Eisensand in Henan und Fujian von lokalen Bauern abgebaut und über Holzkohlefeuer zur Herstellung von Werkzeugen geschmolzen wurde, aber es war mit viel Arbeit verbunden und daher sehr teuer. Es wurde nur dort geschmolzen, wo es genug Holz für die Feuer gab und billigerer Stahl nicht ohne weiteres erhältlich war. Daher galt das Material in China als wirtschaftlich unbedeutend. Da der Bergbau jedoch eine sichere Arbeit im Freien war, wurde er von lokalen Bauern praktiziert, um ihr Einkommen, wo immer es verfügbar war, aufzubessern; im 19. Jahrhundert wurden 1000 Pfund geschleuderter Sand typischerweise für umgerechnet 50 bis 60 US-Dollar verkauft (bis 2016 Wechselkurse ~ 900 - 1000 Dollar oder 700 - 800 Euro).
In der Neuzeit wird Eisensand jedoch entlang der Südostküste Chinas abgebaut und zum Schmelzen von Stahl verwendet. Die typische Zusammensetzung dieses Eisensands ist 48,88 % metallisches Eisen, 25,84 % Siliziumdioxid, 0,232 % Phosphor und 0,052 % Schwefel.
Indonesien
In Indonesien ist Eisensand an der Südküste der Insel Java weit verbreitet .
Japan
Bergbau wurde in Japan erst im 7. oder 8. Jahrhundert betrieben. Zuvor wurden alle Metalle aus China und Korea nach Japan importiert. Einlagen von Eisenerz waren in Japan, so knapp, um das 8. Jahrhundert, Roheisen-Technologie mit dem Einsatz von Eisensand (entwickelt satetsu ) als Rohstoff. Aufgrund der lockeren Natur des Sandes war es schwierig, in einer normalen Bloomery zu schmelzen oder in einem Hochofen zu Roheisen zu verwenden , also entwickelten die Japaner eine offene Bloomery namens Tatara . Die Tatara hatte eine niedrige, wannenartige Form, die einem horizontalen Hochofen ähnelte, in den Eisensand gegossen und eingeschlossen und schrittweise geschmolzen werden konnte. Im Gegensatz zu anderen Methoden wurde die Holzkohle oben auf den Sand gestapelt und von oben geschmolzen, um zu verhindern, dass sie von den Blasebälgen herumgeblasen wurde . Anstelle von Ziegeln oder Stein wurde die Tatara aus Ton hergestellt, sodass sie einfach zerbrochen werden konnte, um die Metallblüte zu extrahieren. Diese Methode ermöglichte das Schmelzen von viel höheren Erzmengen als andere Arten von Bloomery-Schmelzen.
Der Eisensand kommt in Japan in zwei Formen vor. Masa Eisensand wird mit Quarzsand vermischt gefunden , der von Granitbergen heruntergespült wird . Der Magnetit im Sand enthält wenige Verunreinigungen oder andere Metalloxide. Masa Eisensand wurde für die Herstellung von Schmiedeeisen und Stahl verwendet , die in allem von Werkzeugen bis hin zu Kochgeschirr verwendet wurden. Eisensand wurde in Japan in großem Umfang zur Eisenherstellung verwendet, insbesondere für traditionelle japanische Schwerter .
Akome Eisensand wird mit Sand vermischt gefunden, der aus einem magmatischen Gestein namens Diorit hergestellt wird . Der Magnetit im Sand enthält oft mehr als 5 % Titandioxid , was die Schmelztemperatur senkt. Der Akome- Eisensand wird in der Tatara zur Herstellung von Roheisen verwendet, das dann zur Herstellung von Gegenständen aus Gusseisen ( Nabegane ) verwendet wird. Bei der Stahlherstellung wurde der Tatara in der Anfangsphase des Schmelzens die Akome als Bindemittel und Katalysator für die Stahlherstellung zugesetzt, auf die in weiteren Schritten der Masa- Eisensand gegossen wurde. Beim Schmelzen für Roheisen ergaben 1000 Pfund Sand (~ 450 kg oder 120 Kanme ) typischerweise etwa 200 Pfund Roheisen, 20 Pfund Stahl und 70 Pfund Schlacke. Beim Schmelzen zu Stahl ergaben 1000 Pfund Sand etwa 100 Pfund Stahl, 100 Pfund Schlacke und 90 Pfund Roheisen. Schlacke und Roheisen, die nicht für den Gebrauch geeignet waren, wurden dann zusammengeschmolzen, um Schmiedeeisen zu bilden, von denen 1000 Pfund gemischt etwa 500 Pfund Eisen ergaben.
Europa
Eisensand kommt an vielen Orten in Europa vor, obwohl er selten zum Schmelzen verwendet wurde. Es wird oft in Verbindung mit vulkanischen oder basaltischen Sanden gefunden. Man findet es zum Beispiel in Teneriffa , Spanien , wo die Magnetitkörner einen sehr hohen Anteil an Titan und anderen Verunreinigungen enthalten. Die typische Zusammensetzung besteht aus 79,2% Eisenoxid, 14,6% Titandioxid, 1,6% Manganoxid , 0,8% Siliciumdioxid und Aluminiumoxid und Spuren von Chrom . Es ist auch im Fluss Dee in Aberdeenshire, Schottland , zu finden und enthält 85,3% Eisenoxid, 9,5% Titandioxid, 1,0% Arsen und 1,5% Siliciumdioxid und Aluminiumoxid.
Neuseeland
Eisensand tritt intensiv an der Westküste von Neuseeland ‚s Nordinsel . Der Sand macht einen großen Teil der schwarzen Sandstrände auf der Nordinsel sowie den umliegenden Meeresboden aus. Der Magnetit im Sand enthält ziemlich große Mengen an Titan und wird manchmal als Titanomagnetit bezeichnet. Es entstand aus Vulkanausbrüchen, die im Pleistozän stattfanden , und entstand durch die ozeanische Erosion des vulkanischen Gesteins, das von den Wellen an Land gespült wird, um die Dünen der schwarzen Strände zu bilden. Der Magnetit wird mit Sand aus Andesit und Rhyolith vermischt . Die Sandmischung enthält typischerweise 5 bis 40% Magnetit.
Neuseeland hatte begrenzte Eisenerzvorkommen, aber die Eisensandvorkommen waren riesig. Es wurde von einigen frühen Siedlern zur Herstellung von Stahl und Roheisen verwendet, aber das Material konnte nicht in gewöhnlichen Blockhütten oder Hochöfen geschmolzen werden. Ende des 19. und Anfang des 20. Jahrhunderts bildeten sich einige Hüttenbetriebe, die das Erz aufgrund der sandigen Beschaffenheit und des hohen Titangehalts, die im Stahl zu harten, spröden Karbiden neigten, jedoch nicht wirtschaftlich verarbeiten konnten. Im Jahr 1939 wurde eine Kommission gebildet, um die Eigenschaften des Erzes zu untersuchen und eine Möglichkeit zu entwickeln, es im industriellen Maßstab zu verhütten. Die Kommission stellte fest, dass durch das Sintern des Sandes zu größeren Brocken oder Pellets die Probleme beim Schmelzen des Sandes in einem Hochofen beseitigt werden könnten. Zu dieser Zeit begann jedoch der Zweite Weltkrieg , und so wurde die weitere Entwicklung eingestellt und erst Ende der 1960er Jahre wieder aufgenommen, wobei 1969 die erste Stahlproduktion produziert wurde.
Ironsand wird von Waikato North Head abgebaut. 1,2 Millionen Tonnen werden von New Zealand Steel in einem einzigartigen Herstellungsverfahren zur Herstellung von Stahl verwendet. Der Bergbau in Taharoa produziert bis zu 4 Millionen Tonnen für den Export. Eine frühere Mine existierte bei Waipipi in South Taranaki. Ein Vorschlag von Eisenerz NZ Ltd für weiteren Eisensand Bergbau vor der Küste von Taranaki konfrontiert Widerstand von einigen Māori und andere im Jahr 2005 im Zuge des Neuseeland Vorland und Meer Kontroverse . Eine große Menge davon wird nach China und Japan verschifft, aber 2011 produzierte Neuseelands einzige Produktionsstätte 650.000 Tonnen Stahl und Eisen pro Jahr. Neuseeland ist das einzige Land, das Eisensand für die industrielle Verhüttung verwendet. Die typische Zusammensetzung des Magnetits ist 82 % Eisenoxid , 8 % Titandioxid und 8 % Siliziumdioxid ; 0,015% Schwefel und 0,015% Phosphor . Bei einer Magnetitkonzentration von 100 % ergab dies ein maximales Potenzial, um ~ 58 % metallisches Eisen zu ergeben, obwohl das Titan mit modernen Techniken nicht wiederhergestellt werden kann.
Vereinigte Staaten
Eisensand wird ausgiebig um die USA, vor allem im Bereich gefunden in New York , Südkalifornien , New England , und den Großen Seen , wo es oft mit einem Feldspat Sand und manchmal hellen Körner gemischt Granat . Der Magnetit aus diesen Gebieten enthält oft hohe Mengen an Chrom und Titan. Im 19. Jahrhundert wurde Eisensand manchmal als Löschsand für Beton- und Mauerwerksarbeiten verwendet, seltener als Rohstoff für die Stahlproduktion; ein Schmied in Connecticut verwendete es zur Herstellung von Stangenmaterial .
Geschichte
Laut dem OED- Online-Eintrag für Sand-Eisen stellte Jedidiah Morse (1761-1826) in The American Universal Geography (Neuausgabe, 1796 (2 Bände)) fest, dass Jared Eliot (1685-1763) Sand-Eisen erfunden hat, oder die Herstellung von Eisen aus schwarzem Sand im Jahr 1761. Japanische Handwerker verwenden jedoch seit mindestens 1200 Jahren Sandeisen , bekannt als " Tamahagane ", in der Schwertherstellung . Die Herstellung von Sand-Eisen in " Tatara "-Schmelzwerken aus Ziegeln und Ton wird noch heute von japanischen Handwerkern praktiziert.