Реферат: Железная руда

Железо с небес

Золото, медь и лунное – белое серебро сами блеснули человеку из недр Земли. Железо тысячелетиями было знакомо людям лишь в небесном обличье. Темные, ноздреватые куски камня, похожие на металл, падая прямо с неба, не плавились земным огнем. Красные полосы небесного огня, рассекающие небосклон, низводили их на землю. “Би-ни-пет” –“небесный” - одно из первых имен железа. Так называется этот металл на языке коптов – народа жившего в Египте. “Зидерос’’ – ‘’звездный’’ – назвали его древние греки. ’’Небесной медью’’ считали железо шумеры.’’

Яркат’’ – капнувший с неба – еще одно ныне забытое имя этого металла, данное ему в древности армянскими металлургами.

Идея небесного железа очень долго владела умами. Вспомним, что среди богов Олимпа особым уважением пользовался хромой кузнец Гефест, падая на остров Лемнос, сломал ногу. Вслед за ним упала с неба и его чудесная наковальня. Та самая на, которой бог – кузнец ковал божественные доспехи, оружие и украшение богам и героям Эллады. Гефест обучил кузнечному ремеслу всех жителей Лемнуса, и они стали наилучшими в Греции кузнецами…

Этот вечный сюжет – “небесные” кузнечные инструменты, боги – кузнецы – появляется в мифах и легендах многих народов. В старинной Ипатьевской летописи, отразившей языческие верования древних славян, рассказывается, что в царствоние бога Сварога “упали с небес клещи, начали ковать оружие, а до того билися камнем и палицами “. Сохранились “божественные “ кузнецы и в христианских легендах славян. Это Косьма и Демиан, а то и единственно славный богатырь Косьмодемьян. Сильным и храбрым был Косьмодемьян: сам выковал волшебные клещи, сам схватил ими страшного врага змея прямо за язык, не разжимая клещей, подтащил его Косьмодемьян к железному плугу, запряг чудовище и вспахал землю! У великого народа – хлебопашца пахарем становился и “небесный кузнец “.

В древнем мире этот редкостный небесный металл ценился очень высоко, и самое почетное по возрасту изделие – это не оружие, не орудие труда, а … бусы из прокованных пластинок метеоритного железа. Этим бусам не меньше 6 тыс. лет. Их нашли в Египте, в поселениях раннего медного века. А носили эти бусы в те времена, когда в Египте еще не было фараонов, - в IV – III тысячелетиях до н.э., но и в эпоху великих династий, во временах самых прославленных фараонов Древнего Египта, железо оставалось драгоценным металлом. Сохранился папирус одного из фараонов с просьбой, обращенной к правителю хеттов – народа жившего в Малой Азии – поменять золото, которого в Египте “столько, сколько песка в пустыне”, на железо.

Хетты первыми открыли секрет получения железа. Отсюда железо поступало в другие страны. Вот перед нами письмо на глиняной табличке, написанной больше 3 тыс. лет назад. Написал его хеттский царь Рамзесу II. В письме он сообщает, что выслал целый корабль, груженный “чистым железом” и еще подарок – железный меч. Железо из метала драгоценных изделий превратился в металл войны. На стене усыпальницы Рамзеса III можно увидеть целую батальную сцену. Воины сражаются копьями и мечами.

Но у одних оружие выкрашено оранжевой краской, а у других – голубой. Это “небесный металл” – железо, новое достижение военной техники того времени. Именно в царствование Рамзеса II в Египте осваивалась выплавка железа.

Ученые предполагают, что именно страны Малой Азии, где проживали племена хеттов и халибдов, были местом возникновения черной металлургии. Хетты записывали все самое важное на глиняных табличках. Сохранились хеттские таблички четырех тысячелетней давности с географическими описаниями мест добычи разных металлов и их руд. О железе и там сказано, что происходит оно … с неба.

Из стран Малой Азии “тайны” изготовления железа распространились в Египет, Ассирию и Палестину. В Европу железо пришло из Малой Азии .

Многократно упоминается железо в гомеровском Эпосе. Например , в “Илиаде” написано , что на похоронах Патрокла, его друг Ахилл устроил состязания у погребального костра в память героя . Среди призов упомянуты кусок золота и кусок железа , которого земледельцу должно хватить на пять лет .

Историки считают, что лишь к VII веку до н.э. железо широко распространилось по всей Европе, вытесняя бронзу. А примерно с 1000 года н.э. в Европе начался железный век .

Железа на нашей планете очень много. Но как же тогда случилось, что так долго длился каменный век? И сменился он не железным, а медным, а потом бронзовым. Почему? Оказывается, угадать железо в его минералах вовсе не просто. Ну, конечно в самородном железе, как и в самородном золоте или самородной меди, обличье металла налицо. Самородное железо на свежем изломе блестит, как серебро или платина, ему присущи серебристо - серый цвет, ковкость. Высокая плотность – тяжесть ощущается даже в самых маленьких его осколках: масса самородного железа подчеркивает его принадлежность к классу самородных металлов в отличие от самородков благородных металлов легко окисляются с поверхности и всегда одеты в черно–бурую рубашку. Их истинный цвет можно увидеть лишь на изломе. Отличается железо и сильными магнитными свойствами: стрелочка компаса сразу “оживает” в его присутствии. Однако самородного железа на Земле очень мало; почти всегда это не руда, а и вправду “драгоценный” по редкости минерал. И действительно правы были наши далекие предки , назвав его небесным и звездным : среди находок самородного железа преобладают метеориты .

Преобладают? Есть, но встречается еще реже, чем уникальные гости из космоса. Там, где на поверхность изливаются наиболее тяжелые, подкорковые слои земного вещества, образуются базальты, тонкозернистые породы, сложенные главным образом силикатами железа и магния. В промежутках между кристалликами этих минералов и встречаются мелкие зернышки самородного железа. В отличие от метеоритного его называют теллурическим . А минерал земного самородного железа назван аваруит . Чаще всего его зернышки не имеют правильной формы , это вкрапления округлых капель . Иногда в пустотах пород различимы мелкие кристаллики или “проволочки” – бисероподобные образования железа. Лишь вблизи города Кассель в Германии и в местечке Уифак на острове у западного берега Гренландии встречены значительные скопления самородного железа. В месторождении Гренландии масса железа достигает нескольких тонн . Это единственное в мире месторождение самородного железа . Базальт здесь извергался на поверхность через залежи каменного угля .

Когда вы держите в руках осколочек метеорита, даже такого который считается сплошь железным, фактически вы видите в нем смесь двух минералов: менее никелистый - камастит, образовал сросток пластиночек, а более никелистый - тэкит, заполнил все “окошечки” между пластинками камастита.

Прошлифовав любую поверхность метеорита и протравив ее кислотой, вы обязательно увидите красивый геометрический орнамент из косопересекающихся полосок – камастита на фоне более светлого тэнита. Впервые эти узоры увидел и изучил ученый Акоис Видманштетт ,так они и называются “видманштеттовы фигуры” . Случилось это после того, как 22 мая 1808 года вблизи местечка Штаннрн упал железный метеорит .

А ведь еще в просвещенном XVIII веке ученые мужи настолько утратили веру в возможность падения метеоритов, что даже убрали их из музеев, дабы не срамиться перед публикой. Какая же убежденность понадобилась замечательному путешественнику и ученому–натуралисту П.С. Палласу и ученому – химику Э. Хладни, чтобы осмелиться возвестить о космическом происхождении огромного 600 – килограммового метеорита. Этот огромный метеорит был найден в 1749 году на горе Темир, между Красноярском и Минусинском. П.С. Паллас в 1775 году привез его из Сибири . “ Палласово железа” было первым детально изученным метеоритом , вновь убедившим ученый мир в неразрывной связи Земли и космоса .

Метеорит П. С. Палласа был одним из наиболее крупных. Но самый большой известный железный метеорит упал в Мексике. Суммарная масса его обломков – 100 с лишним тонн ! Но и это не предел. На весь мир известна Чертова долина в Аризоне – кратер диаметром 12 тыс. метров и глубиной почти 200 м. Подсчитано, что масса упавшего сюда метеорита была около 10 миллионов тонн. В легендах индейцев навахо метеорит превратился в духа огня, сошедшего с неба на Землю.

“Небесный металл” поддается только холодной обработке – расплавить его почти невозможно. И все же существует оружие из метеоритов! Это кинжал с золотой рукояткой, найденный при раскопках шумерского города Ура. Кинжал был изготовлен предположительно в 3100 году до н.э. Есть предметы и более позднего времени. Это две сабли и наконечник пики индийского властителя и две шпаги: русского царя Александра I и романтического героя Южной Америки С.Боливара.

Самая настоящая и самая давно известная железная руда, безусловно, знакома и вам. Все, кто видел железо, помнит и то, как выглядит ржавчина. Стоит не защитить любой железный гвоздик или винтик от влаги и они моментально покрываются ржавым налетом: на их поверхности образуется рыхлый слой гидроксида железа, - это часть одна из самых распространенных его руд.

На месторождениях железа часто возникают мощные зоны “проржавелых руд и пород”. Уральские горняки придумали им меткое прозвище – “ железные шляпы “. С такой шляпы начинается часто разработка месторождений. И лишь “сняв шляпу”, можно добраться до первичных руд . Известное Бакальское месторождение на Урале как раз такая вот “ лимонитовая железная шляпа “ на сидеритовых рудах. Рыхлый землистый, ржаво-рыжий лимонит называют еще бурым железняком . Но в отличие от ржавчины на гвозде лимонит в природе образуется не только на готовом железе . Само название “лимонит ” хотя оно относится к охряно–желтому минералу , к лимону никакого отношения не имеет , а происходит от слова “леймон” , что по гречески означает “мокрый луг” , “болото”. Оттого и лимонитовые руды нередко называют болотными, озерными, луговыми, а то еще и бобовыми.

Именно в болотах, озерах и на морском мелководье возникают необычные на вид лимонитовые руды. Лимонит таких руд и вправду напоминает не то бобы , не то мелкие птичьи яйца или коконы каких-то неведомых бабочек . Как же возникают диковинные формы ?

Ученые установили, что гидроксиды приносятся в водоемы поверхностными водами в виде коллоидных растворов. Морская вода – это, по существу , слабый раствор электролитов: она насыщена парами хлора и щелочных металлов . Коллоиды в ней “ свертываются”, и вот тут–то и происходит зарождение хлопьев и шаров ржавчины. Вспомните, если вы варили клейстер или кисель: чуть зазеваешься – и вся кастрюлька полна комков. Вот такой “кастрюлькой” с комками и оказался морской бассейн, в котором сформировались руды Кергенского месторождения. Примерно так же выглядит и руда знаменитого железорудного месторождения в Эльзасе – Лотарингии . В водах болот и пресных озер электролитов нет . Электрохимические реакции здесь не протекают . Их роль выполняют бактерии: они свертывают , скатывают “бобовины ” гель гидроксидов. Крупных месторождений железные “ окатыши ” из озер и болот не образуют, но зато именно такие руды верой и правдой служили не одну сотню лет нашим предкам.

В Чехии и Словакии природа создала словно выставку произведений абстрактной скульптуры из лимонита, гетита и гидротетита экстракласса. Здесь в местечке Затуняк , “железная шляпа” сопровождается развитием пустоток , пещерок , трещин, в которых гидроксиды могут свободно и с полной фантазией кристализоваться.

Каких только форм не образует здесь гетит! И гигантские гроздья почек, словно покрытые черным лаком и грандиозные сростки сосулек, какое-то фантастическое соединение органа с глыбой сосулек мартовского льда и блестящие “шишки” гетита, достигающие размера детского плеча!

Еще больше чем бурых гидроксидов в природе красных руд железа. Красный железняк – гематит – в числе немногих других минералов входит в почетную азбуку минералогии. В 325 году до н.э. друг и ученик Аристотеля Теофраст в своей книге “ О камнях” так пишет о гематите: “Гематит напоминает запекшуюся кровь”. Иссиня – вишневая окраска гематита в темных местах почти черная. Здесь минерал отливает металлом, но сквозь черноту глухо просвечивает краснота, пробивается наружу красными мазками и налетами. Известно , что в древности гематиту , похожему на запекшуюся кровь , приписывалась способность заживлять кровоточащие раны . Знаменитый медик античности , соратник Плиния Диоскур писал о целебных свойствах камней , применяемых в медицине , таких как янтарь , лазурит , нефрит , малахит и гематит . Порошок гематита издревле использовался и для еще одного важного дела – для полировки золотых и серебряных изделий .

Самое оригинальное образования гематита – это, конечно, железные руды. Тонкие , темно – красные , слегка изогнутые “лепестки ” раскрываются , как у живой махровой розы . В удивительных уникальных созданиях сверкающий мир кристаллов близок миру лепестков и тычинок ! Наверное, вы слышали и еще об одном важном и интересном минерале железа – магнитном железняке, магнетите. Магнетит содержит более 72% железа, но самое интересное в нем – его природный магнетизм , свойство по которому , собственно , и был открыт этот минерал . Как сообщает римский ученый Плиний , магнетит был назван в честь греческого пастуха Магнеса . Магнес однажды пас свое стадо , и вдруг его посох с железным наконечником и его подбитые гвоздями сандалии притянула к себе гора… Гора сложенная сплошным серым камнем.

Минерал магнетит дал в свою очередь название магниту, магнитному полю и всему загадочному и интересному явлению магнетизма, которое пристально изучается со времен Аристотеля по сей день.

Магнитные свойства магнетита используются и сегодня – прежде всего для поиска месторождений. Именно гигантская магнитная аномалия способствовала открытию грандиозного месторождения в районе Курска, которое так и названо Курская магнитная аномалия.

Сидерит, или железный шпат – карбонат железа. По-гречески “сидерос”, или “зидейрос”, что значит “железо”. По внешнему облику это самый антиметаллический минерал железа.

Случается, сплошной сидерит слагает целую гору. Такая гора известна в Альпах , в Штирии , на территории Австрии . Разрабатывают ее не одну сотню лет . И сейчас вся она , от подножия до вершины словно лестница великанов , поднимается уступами на 800 м . Каждая ступенька высотой 1,5 – 2 м , а всего их больше 40!

Рассказывают, что когда–то в давние времена, железной руды здесь не было, а в горе брали только белый камень. Как–то пошли мужики за камнем, чтобы дом построить. И вдруг видят в ста шагах маленького – премаленького человека, одетого ну точно как настоящий горняк: и с широким кожанным поясом и со всем горняцким инструментом – кайлом, ломом и прочим. Да это же Горный Дух по имени Винциг! “Винциг” – значит “крошка”. Стал Винциг долбить кайлом породу . Ударит по белому камню и как птички разлетаются в стороны красные осколки . Мужики рты пораскрывали от удивления .

Да так и не успели закрыть: прямо перед ними вырос огромный Горный Дух! “Чего вам тут надо?” – говорит. –“Что вы тут роете”?

“Камень”, - отвечают. – “Домишко построить надо”.

Рассмеялся выросший до небес Винциг – “На что вам простой камень? А золота не хотите? Или железа? Выбирайте-ка сами: золото на год или железо на века?” “Железа! ” Железа! На века железа! – закричали изо всех сил мужики, стараясь перекричать друг друга. “Ну тогда так : где я ударю , там и ройте , и железо не кончится никогда !”

Не обманул людей Горный Дух – и по сей день работает рудник Эрцберг в Штирийских Альпах!

Начало железного века

Русское название элемента N 26 связано, повидимому, с санскритским корнем “жель”, означающим “блестеть”, “пылать”. В земной коре содержится 5,1% железа. Так как этот элемент довольно легко вступает в реакции, мы почти никогда не встречаем его в чистом виде: окислы и сульфиды железа – основа его минералов. Те железные предметы, которые нас окружают, изготовлены из стали или чугуна – сплава железа с углеродом. Распространенность и относительная простота извлечения из руд сделали железо доступным уже в древности: железный век пришел на смену бронзовому во II тысячелетии до н.э. В те времена и еще много веков спустя железо получали так называемым сыродутным методом. Сыродутные печи устраивали прямо на земле, обычно на склонах оврагов и канав. Они имели вид трубы . Эту трубу заполняли древесным углем и железной рудой . Уголь зажигали , и ветер , дувший в склон оврага , поддерживал горение угля . Железная руда восстанавливалась , и получалась мягкая крица – железо с включением шлака . Такое железо называлось сварочным : в нем содержалось немного углерода и примесей, перешедших из руды . Крицу ковали. Куски шлака отваливались и под молотом оставалось железо, пронизанное шлаковыми нитями. Из него отковывали различные орудия .

Век сварочного железа был долгим, однако, людям древности и раннего средневековья было знакомо и другое железо: булатные сабли, толедские клинки, миланские доспехи, а может быть, и меч Роланда, разрубавший по преданию, не только латы, но и мечи противников. Дамасскую сталь делали еще во времена Аристотеля ( IV век до н.э. ) но технология ее производства , также как процесс изготовления булатных клинков держался в секрете.

От домницы к домне

Сыродутный процесс во многом зависел от погоды: нужно было, чтобы ветер задувал в “трубу” стремление избавиться от капризов погоды привело к созданию мехов, которыми раздували огонь в сыродутном горне. С появлением мехов отпала надобность устраивать сыродутные горны на склонах . Появились печи нового типа – так называемые волчьи ямы , которые выкапывались в земле и домницы , которые возвышались над землей . Их делали из камней, скрепленных глиной. В отверстие у основания домницы вставляли трубку мехов и начинали раздувать печь. Уголь сгорал , а в горне печи оставалась уже знакомая нам крица . Обычно , чтобы вытащить ее на- ружу , выламывали несколько камней в нижней части печи . Затем их опять закладывали на место , заполняли печь углем и рудой и все начиналось сначала.

Само слово “домница” происходит от славянского слова “дмути”, “дуть”. От этого же слова происходят слова “надменный” (надутый) “дым”. По-английски доменная печь называется, как и по-русски дутьевой – blast furnace . А во французском и немецком языках эти печи получили название высоких (Hochen по-немецки и haut fourneau по-французски).

К XIV – XV векам доменные печи, производившие чугун из которого лили уже не только ядра, но и сами пушки.

Подлинный переворот от домницы к домне произошел в 80-х годах XVIII века, когда одному из демидовских приказчиков пришла в голову мысль подавать дутье в доменную печь не через одно сопло, а через два, расположив их по обеим сторонам горна. Лиха беда начало! Число сопел, или фурм, росло, дутье становилось все более равномерным, увеличивался диаметр горна, повышалась производительность печей.

Еще два открытия сильно повлияли на развитие доменного производства. Долгие годы топливом доменных печей был древесный уголь. Существовала целая отрасль промышленности, занимавшаяся выжиганием угля из дерева. В результате леса в Англии вырубили до такой степени, что был издан специальный указ королевы, запрещающий уничтожать лес ради нужд черной металлургии. После этого английская металлургия стала быстро хиреть. Британия была вынуждена ввозить чугун из–за границы , главным образом из России . Так продолжалось до середины XVIII века, когда Абрахам Дебри нашел способ получения кокса из каменного угля, запасы которого в Англии очень велики. Кокс стал основным топливом для доменных печей.

С изобретением кокса связана легенда о Дади Дадли, который якобы изобрел коксование еще в XVI веке, задолго до Дебри. Но фабриканты древесного угля испугались за свои доходы и, сговорившись, убили изобретателя.

В 1829 году Дж. Нилсон на заводе Клейд (Шотландия) впервые применил вдувание в домны нагретого воздуха. Это нововведение повысило производительность печей и резко снизило расход топлива .

Последнее значительное усовершенствование доменного производства произошло уже в наши дни. Суть его – замена части кокса дешевым природным газом .

Центры металлургии.

Несмотря на трудности, варка железа была для наших предков делом обыкновенным. В этом убедились археологи, когда вели раскопки в Старой Рязани. Из 19–ти раскопанных жилищ горожан в 16–ти были встречены следы домашней варки железа – в горшке, в обыкновенно печи.

Но наряду с таким же дедовским способом получение металла существовало и специализированное, крупное производство. Одну из наиболее совершенных домниц XIII века удалось раскопать близ Бердичева, в Раковетском городище. Она была даже совершеннее городских домниц XVIII века : шлак у нее непрерывно стекал по восьми канальцам в специальные гнезда .

А в Почевском городище, на юго-восточной границе Курского княжества, удалось обнаружить форменный металлургический квартал – пространство площадью 10 000 кв. м было сплошь завалено остатками домниц, шлаком и крицами. В наше время расцвет черной металлургии сопровождался появлением на карте страны Магнитогорска, Рудного, Электростали. Возникновение производства железа на Руси также сопровождалось возникновением соответствующих названий – Устюжна Желнзнопольска (от Железного поля –местности неподалеку от Новгорода , где добывали болотную железную руду) , Керчь ( в XI веке Керчев – от того же корня что и крица) , Бронницы ( броней называли кольчугу)

Химия железа (Fe)

Элемент N 26 обладает значительной химической активностью, он образует множество соединений, проявляя обычно валентности 2+; 3+ .

Существуют соли железной кислоты H2FeO4 , но в свободном состоянии эта кислота не получена, так же как и ее ангидрид – FeO3 .

Природное железо состоит из четырех стабильных изотопов с массовыми числами 54 , 56 , 57 и 58 .

Железо - жизненно важный элемент, в крови человека 14,5% ее веса приходится на долю гемоглобина- красного пигмента эритроцитов, в центре молекулы которого находится атом железа.

Магнитные лекарства

В 1835г. “Журнал мануфактур и торговли”, сообщая о товарах, присланных из Вены в Петербург, упоминает металлические намагниченные бруски как средство от зубной и головной боли. Бруски рекомендовалось носить на шее. “Этот способ лечения ныне в моде, - сообщалось в журнале, и, по отзывам врачей, заслуживающим вероятия, помогает весьма многим.”

В древности и в середине века магнит употребляли не только как наружное, но и как внутреннее. Тален считал магнит слабительным, Авиценна лечил им ипохондриков, Парацельс приготовлял “магнитную манну”, Агрикола - магнитную соль, магнитное масло и даже магнитную эссенцию.

Убит из-за железа

В 1735 году вогул Степан Чумпин нашел у горы Благодать большой кусок магнитного железняка и показал его горному технику И.Ярцеву. После осмотра месторождения Ярцев помчался с докладом в Екатеринбург. Эта поездка была самым настоящим бегством – по следу Ярцева скакали вооруженные стражники некоронованного короля Урала Демидова, который, не допускал и мысли, что новые богатства минуют его. Ярцеву удалось уйти от погони. Первооткрыватели рудника получили вознаграждение от Горной канцелярии, но вскоре Степан Чумпин был убит. Убийца остался непойманым.

Список литературы

Популярная библиотека химических элементов. “Наука” М. 1972 г.