حديد المستنقع

📅 آخر تحديث: ٦ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٦ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة
خام المستنقع

الحديد المستنقعي هو شكل من أشكال رواسب الحديد غير النقية التي تتطور في المستنقعات أو المستنقعات عن طريق الأكسدة الكيميائية أو الكيميائية الحيوية للحديد المحمول في المحلول. بشكل عام، تتكون خامات المستنقعات بشكل أساسي من أكسيهيدروكسيد الحديد ، وعادة ما تكون الجيوثيت (FeO(OH)).

تظهر المياه الجوفية التي تحتوي على الحديد عادةً على شكل نبع ويشكل الحديد الموجود فيها هيدروكسيد الحديديك عند مواجهته للبيئة المؤكسدة للسطح. غالبًا ما يجمع خام المستنقع بين الجيوثيت والمغنتيت والفوج أو الكوارتز الملون . قد يحدث الأكسدة من خلال تحفيز إنزيمي بواسطة بكتيريا الحديد . ليس من الواضح ما إذا كان المغنتيت يترسب عند أول اتصال بالأكسجين ، ثم يتأكسد إلى مركبات حديدية، أو ما إذا كانت المركبات الحديدية تتضاءل عند تعرضها لظروف خالية من الأكسجين عند دفنها تحت سطح الرواسب وإعادة أكسدة عند استخراجها من السطح. [ بحاجة لمصدر ]

يتمتع الحديد المستنقعي، مثل أكاسيد الحديد المائية الأخرى ، بتقارب خاص للمعادن الثقيلة . [1] هذا التقارب جنبًا إلى جنب مع البنية المسامية والمساحة السطحية النوعية العالية للحديد المستنقعي يجعله مادة ماصة طبيعية جيدة . [2] هذه الخصائص جنبًا إلى جنب مع حقيقة أن الحديد المستنقعي رخيص الثمن تشكل حوافز لاستخدامه في تقنيات حماية البيئة. [2]

جزء من الجدار مع هيرما - استخدام خام المستنقع في الهندسة المعمارية

غالبًا ما يحتوي الحديد المصنوع من خام المستنقع على سيليكات متبقية ، والتي يمكن أن تشكل طبقة زجاجية تمنح بعض المقاومة للصدأ .

مياه جوفية نموذجية تحتوي على الحديد تظهر على شكل نبع. يتأكسد الحديد إلى هيدروكسيد الحديديك عند مواجهته للبيئة المؤكسدة للسطح. يوفر عدد كبير من هذه الينابيع والتسربات على السهول الفيضية الحديد لرواسب الحديد المستنقعية.

تشكيل

يتم نقل الحديد إلى المستنقعات في المياه الجوفية التي تحتوي على الحديد منخفضة الرقم الهيدروجيني والأكسجين المذاب والتي تصل إلى السطح من خلال الينابيع، جنبًا إلى جنب مع هياكل الكسور، أو حيث تتقاطع المياه الجوفية مع التدفقات السطحية. [3] ثم يتأكسد الحديد الموجود في الماء بواسطة الأكسجين المذاب أو من خلال تحفيز الإنزيم بواسطة بكتيريا الحديد (على سبيل المثال، Thiobacillus ferrooxidans و Thiobacillus thiooxidans ) التي تركز الحديد كجزء من عملياتها الحيوية. [4] يمكن الكشف عن وجود هذه البكتيريا من خلال الفيلم الزيتي الذي تتركه على سطح الماء. [3] يتسبب هذا التغيير في حالة الأكسدة في ترسب المواد الصلبة الحديدية ذات الحبيبات الدقيقة بالقرب من نقطة تصريف المياه الجوفية. [3] يمكن تكوين مجموعة متنوعة من معادن الحديد، مثل الجيوثيت والمغنتيت والهيماتيت والشفيرتمانيت والمواد الصلبة غير المتبلورة الغنية بالكبريتات الحديدية والألومنيوم، عن طريق أكسدة الحديد الثنائي في ظل الظروف الحمضية الموجودة . [4] تلعب جميع الكائنات الحية الضوئية دورًا مزدوجًا كمنتجين للأكسجين، وبالتالي مؤكسدات حديد سلبية، وكسطح يمكن للحديد أن يمتصه أو يرتبط به. [4] يتسبب هذا في أن تصبح النباتات المائية مغطاة بطبقة كثيفة من أكسيد الحديد البرتقالي الفاتح بالقرب من نقطة غاز الأكسجين المنبعث من النباتات. [4] تؤثر عوامل مثل الجيولوجيا المحلية، ومعادن الصخور الأم، وتركيب المياه الجوفية، والميكروبات والنباتات النشطة كيميائيًا على تكوين ونمو واستمرار مستنقعات الحديد. [4] يعتبر حديد المستنقع موردًا متجددًا؛ يمكن حصاد نفس المستنقع مرة واحدة تقريبًا لكل جيل. [3]

استخراج الحديد

طور الأوروبيون صهر الحديد من حديد المستنقعات خلال العصر الحديدي ما قبل الروماني في القرنين الخامس والرابع والأول قبل الميلاد، وكان معظم حديد عصر الفايكنج (أواخر الألفية الأولى الميلادية) يُصهر من حديد المستنقعات. [3] يمكن للبشر معالجة حديد المستنقعات بتكنولوجيا محدودة، لأنه لا يجب أن يُذاب لإزالة العديد من الشوائب. [5] نظرًا لسهولة الوصول إليه وإمكانية اختزاله، كان حديد المستنقعات يستخدم بشكل شائع لإنتاج الحديد المبكر. [6] حدد علماء المعادن الأوائل رواسب حديد المستنقعات من خلال مؤشرات مثل العشب الذابل، والبيئة الرطبة، والنباتات المحبة للرطوبة التي يهيمن عليها العشب، والمحاليل أو الرواسب ذات اللون البني المحمر في المياه القريبة. [7] قاموا بطعن العصي الخشبية أو المعدنية في الأرض للكشف عن رواسب الخام الأكبر، [7] وقطعوا وسحبوا طبقات الخث في المستنقع باستخدام سكاكين العشب لاستخراج عقيدات أصغر حجمًا بحجم حبة البازلاء من حديد المستنقع. [3] كان إنتاج الحديد المبكر من خام المستنقعات يحدث في الغالب في أفران بلومري . [7] كانت الموارد اللازمة للإنتاج هي الخشب للفحم ، والطين لبناء أفران بلومري، والماء للمعالجة. [7] يتم اختزال الحديد في الخام إلى ازدهار حديدي إسفنجي يبقى في الجزء العلوي من الفرن بينما تتدفق العناصر غير المرغوب فيها إلى الأسفل كخبث . [8] غالبًا ما يؤدي الصهر باستخدام فرن بلومري إلى اختزال ما بين 10 و20 بالمائة من كتلة الحديد إلى ازدهار حديدي، بينما يتم نقل الباقي إلى الخبث. [9] يجب بعد ذلك توحيد الازدهار بمطرقة لصنع حديد مشغول صالح للاستخدام . هناك بعض الأدلة الأثرية على إضافة الجير إلى الأفران لمعالجة الخامات الغنية بالسيليكا والتي كان من الصعب صهرها بعملية بلومري. [3]

أوروبا

تعود محاولات صهر الحديد الأولى إلى الألفية الثانية قبل الميلاد في الشرق الأدنى . [7] ثم انتشرت التكنولوجيا في جميع أنحاء أوروبا في الألفي عام التالية، ووصلت إلى بولندا في القرن الثاني قبل الميلاد. [7] وصل إنتاج الحديد إلى الدول الاسكندنافية حوالي 800-500 قبل الميلاد. يرجع تاريخ مواقع إنتاج الحديد في وسط السويد إلى أواخر العصر البرونزي وربما انتقل الابتكار من الجنوب والشرق. كان الخام المستخدم هو الليمونيت في شكل تربة حمراء وخام مستنقع. من عام 200 م تم استخدام خام من رواسب الليمونيت في البحيرات. تم تقليل الخام في مصانع الزهر. هناك دليل على وجود علاقة مباشرة بين مستوطنات الفايكنج في شمال أوروبا وأمريكا الشمالية ورواسب الحديد في المستنقعات. [5] سيطر حديد المستنقعات على إنتاج الحديد في المناطق المأهولة بالسكان الإسكندنافيين بما في ذلك الدول الاسكندنافية وفنلندا من عام 500 إلى 1300 م. [5] كما تم إنشاء إنتاج واسع النطاق لحديد المستنقعات في أيسلندا في مواقع تُعرف باسم "مزارع الحديد". [5] تتألف مواقع الإنتاج الأصغر حجمًا في أيسلندا من مزارع كبيرة وبعض المستوطنات الأيسلندية الأصلية، ولكن يبدو أن هذه المواقع تنتج ما يكفي من الحديد لتحقيق الاكتفاء الذاتي فقط. [5] حتى بعد أن جعلت تكنولوجيا الصهر المحسنة الخامات المستخرجة قابلة للاستمرار خلال العصور الوسطى، ظل خام المستنقع مهمًا في العصر الحديث، وخاصة في إنتاج الحديد الفلاحي. [10] في روسيا ، كان خام المستنقعات المصدر الرئيسي للحديد حتى القرن السادس عشر، عندما أصبحت الخامات المتفوقة في جبال الأورال متاحة. [ بحاجة لمصدر ]

أمريكا الشمالية

ما قبل كولومبوس

تم إنتاج الحديد بواسطة الفايكنج في نيوفاوندلاند حوالي عام 1021 م. [11] وجدت الحفريات في L'Anse aux Meadows أدلة كبيرة على معالجة الحديد المستنقعي وإنتاج خام الحديد. [5] كانت المستوطنة في L'Anse aux Meadows تقع مباشرة إلى الشرق من مستنقع الخث وتم العثور على 15 كجم من الخبث في الموقع، والتي كانت ستنتج حوالي 3 كجم من الحديد القابل للاستخدام. [5] أظهر تحليل الخبث أنه كان من الممكن صهر المزيد من الحديد من الخام، مما يشير إلى أن العمال الذين يعالجون الخام لم يكونوا مهرة. [5] وهذا يدعم فكرة أن معرفة معالجة الحديد كانت منتشرة ولم تقتصر على المراكز الرئيسية للتجارة والتبادل التجاري. [5] كما تم العثور على ثمانية وتسعين قطعة مسمار في الموقع بالإضافة إلى أدلة كبيرة على النجارة والتي تشير إلى أن الحديد المنتج في الموقع ربما كان يستخدم فقط لإصلاح السفن وليس صناعة الأدوات. [5] [12]

أمريكا الشمالية الاستعمارية

كان الحديد المستنقعي مطلوبًا على نطاق واسع في أمريكا الشمالية الاستعمارية . أقدم مناجم الحديد المعروفة في أمريكا الشمالية هي مناجم سانت جونز، نيوفاوندلاند ، والتي يُقال إنها كانت قيد التشغيل بواسطة أنتوني باركهورست في عام 1578. [13] حدثت أولى جهود التعدين في فرجينيا في وقت مبكر من عام 1608. في عام 1619، تم إنشاء Falling Creek Ironworks في مقاطعة تشيسترفيلد، فرجينيا . كان موقع أول منشأة لفرن الصهر في أمريكا الشمالية. [14] [15]

تم سحب بحيرة ماسابواج في ماساتشوستس عن طريق تعميق قناة المخرج بحثًا عن الحديد المستنقعي. [16] تم تشغيل موقع Saugus Iron Works الوطني التاريخي، على نهر Saugus في Saugus، ماساتشوستس، بين عامي 1646 و1668. يحتوي الموقع على متحف والعديد من المباني المعاد بناؤها. [ 17 ] أدى نجاح Saugus Iron Works، والنضوب السريع للحديد المستنقعي الطبيعي في المنطقة، إلى دفع المالكين إلى إرسال المنقبين إلى الريف المحيط. في عام 1658، اشترت الشركة 1600 فدان (6.5 كيلومتر مربع ) من الأراضي التي تغطي المناطق التي هي الآن كونكورد وأكتون وسودبوري. لقد أنشأوا منشأة إنتاج كبيرة في كونكورد، ماساتشوستس ، على طول نهر أسابيت مع السدود والبرك والمجاري المائية والمواقد، ولكن بحلول عام 1694، استنفد الحديد المستنقعي الطبيعي هناك أيضًا، وتم بيع الأرض للزراعة. [18]

في وسط وجنوب نيوجيرسي ، تم استخراج خام المستنقع وتكريره لإنتاج أدوات مقاومة للصدأ بشكل طبيعي وقضبان من الحديد المطاوع ، والتي لا يزال الكثير منها يزين السلالم في ترينتون وكامدن . [19] أثناء الثورة الأمريكية ، تم صب قذائف مدافع الحديد المستنقع للقوات الاستعمارية.

الولايات المتحدة في القرن التاسع عشر

كما تم العثور على الحديد المستنقعي على الساحل الشرقي لميريلاند . أصبحت بقايا عملية صهر تجارية بالقرب من سنو هيل بولاية ماريلاند الآن موقعًا تاريخيًا على مستوى الولاية والوطني. كانت تُعرف باسم فرن المدينة، وكانت تُسمى فرن ناساوانغو للحديد نسبة إلى الجدول القريب. عمل الفرن التجاري من عام 1825 إلى عام 1850 تقريبًا.

قامت شركة Shapleigh Iron Company ببناء مصهر في North Shapleigh، Maine ، في عام 1836 لاستغلال رواسب الحديد الصغيرة في مستنقع Little Ossipee Pond. بدأ المصنع العمل في عام 1837، ولكن وفقًا لتاريخ Shapleigh لعام 1854 "ثبت أن العمل غير مربح، لذلك تم التخلي عنه بعد بضع سنوات". [20] [21] [22]

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ كاتشوريك، دانوتا، جيرهارد دبليو برومر، ومايكل سومر (2009). "محتوى وأشكال الربط للمعادن الثقيلة والألمنيوم والفوسفور في خامات الحديد المستنقعي من بولندا". مجلة جودة البيئة . 38 (3): 1109-1119. رمز Bibcode : 2009JEnvQ..38.1109K. doi : 10.2134/jeq2008.0125. PMID  19398508. مؤرشف من الأصل في 2019-02-07 . تم الاسترجاع في 2019-02-06 – عبر المكتبة الرقمية لتحالف جمعيات علوم المحاصيل والتربة والبيئة.{{cite journal}}:CS1 maint: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( الرابط )
  2. ^ أب رزيبا، جرزيجورز، توماش باجدا، وتاديوس راتاجزاك (2009). “استخدام خامات الحديد المستنقع كمواد ماصة للمعادن الثقيلة”. مجلة المواد الخطرة . 162 (2-3): 1007-1013. بيب كود :2009JhzM..162.1007R. دوى :10.1016/j.jhazmat.2008.05.135. بميد  18614286.{{cite journal}}:CS1 maint: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( الرابط )
  3. ^ abcdefg Heimann, RB, U. Kreher, I. Spazier, and G. Wetzel (2002). "التحقيقات المعدنية والكيميائية لخبث الأزهار من مواقع إنتاج الحديد في فترة ما قبل التاريخ (من القرن الثامن قبل الميلاد إلى القرن الرابع الميلادي) في لوساتيا العليا والسفلى، ألمانيا". علم الآثار . 43 (2): 227-252. doi :10.1111/1475-4754.00016.{{cite journal}}:CS1 maint: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( الرابط )
  4. ^ abcde Stanton, MR, DB Yager, DL Fey, and WG Wright (2007). "تكوين رواسب المستنقعات الحديدية وأهميتها الجيوكيميائية - الفصل 14 - تكوين رواسب المستنقعات الحديدية وأهميتها الجيوكيميائية" (PDF) . ورقة مهنية من هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية : 1096.{{cite journal}}:CS1 maint: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( الرابط )
  5. ^ abcdefghij Bowles, G., R. Bowker, and N. Samsonoff (2011). "التوسع الفايكنجي والبحث عن الحديد المستنقعي". Platforum . 12 : 25–37.{{cite journal}}:CS1 maint: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( الرابط )
  6. ^ Sitschick، H.، F. Ludwig، E. Wetzel، J. Lucert، T. Höding (2005). "Raseneisenerz - auch in Brandenburg ein metalischer Rohstoff mit bedeutender wirtschaftlicher Vergangenheit" (PDF) . Brandenburgische Geowissenschaftliche Beiträge . 12 : 119-128. مؤرشفة من الأصلي (PDF) بتاريخ 2019-04-06 . تم الاسترجاع 2019-04-06 .{{cite journal}}:CS1 maint: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( الرابط )
  7. ^ abcdef Thelemann, M., W. Bebermeier, P. Holzmann, and E. Lehnhardt (2017). "خام الحديد المستنقعي كمورد لإنتاج الحديد في عصور ما قبل التاريخ في أوروبا الوسطى - دراسة حالة لمنطقة مستجمعات المياه في ويدوا في شرق سيليزيا، بولندا". Catena . 149 (1): 474–490. Bibcode :2017Caten.149..474T. doi :10.1016/j.catena.2016.04.002. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2021-09-19.{{cite journal}}:CS1 maint: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( الرابط )
  8. ^ كوشكي ، وولفجانج (2002). "صناعة Raseneisenerz und Eisenhüttenindustrie in der nördlichen Oberlausitz". Freundeskreis Stadt- und Parkmuseum Bad Muskau EV .
  9. ^ سبيرلينج ، ديتر (2003). Rohstoffgewinnung و Altbergbau في Förderraum Calau . Förderverein Kulturlandschaft Niederlausitz. رقم ISBN 978-3-9808035-2-6.
  10. ^ ماريا سيبيرج وأنطون توميلوف، "صناعة الحديد في المجتمعات الفلاحية"، في مجتمعات صناعة الحديد: التطور الصناعي المبكر في السويد وروسيا، 1600-1900، تحرير ماريا أجرين، 33-60 (نيويورك: بيرجهان، 1998)، 33-36، 59-60؛ أندرس فلورين، وجوران رايدن، ولودميلا داشكيفيتش، ودي في جافريلوف، وسيرجي أوستيانتسيف، "التنظيم الاجتماعي للعمل في المناجم والأفران والمصانع"، في مجتمعات صناعة الحديد: التطور الصناعي المبكر في السويد وروسيا، 1600-1900، تحرير ماريا أجرين، 61-138 (نيويورك: بيرجهان، 1998)، 62-65.
  11. ^ Kuitems, Margot; Wallace, Birgitta L.; Lindsay, Charles; Scifo, Andrea; Doeve, Petra; Jenkins, Kevin; Lindauer, Susanne; Erdil, Pınar; Ledger, Paul M.; Forbes, Véronique; Vermeeren, Caroline (20 أكتوبر 2021). "دليل على الوجود الأوروبي في الأمريكتين في عام 1021 م". Nature . 601 (7893): 388-391. doi :10.1038/s41586-021-03972-8. ISSN  1476-4687. PMC 8770119 . PMID  34671168. S2CID  239051036. تشكل نتيجتنا لعام 1021 ميلادي لعام القطع التاريخ التقويمي الوحيد الآمن لوجود الأوروبيين عبر المحيط الأطلسي قبل رحلات كولومبوس. وعلاوة على ذلك، فإن حقيقة أن نتائجنا، على ثلاث أشجار مختلفة، تتقارب في نفس العام أمر جدير بالملاحظة وغير متوقع. تشير هذه المصادفة بقوة إلى نشاط النورس في L'Anse aux Meadows في عام 1021 ميلادي. بالإضافة إلى ذلك، يوضح بحثنا إمكانات الشذوذ في تركيزات الكربون 14 في الغلاف الجوي في عام 993 ميلادي لتحديد أعمار الهجرات والتفاعلات الثقافية في الماضي. 
  12. ^ لويس-سيمبسون، شانون (2000). إعادة النظر في فينلاند: العالم الإسكندنافي عند مطلع الألفية الأولى . سانت جونز، نيوفاوندلاند: سانت جونز، نيوفاوندلاند: رابطة المواقع التاريخية في نيوفاوندلاند ولابرادور، المحدودة. رقم ISBN 0-919735-07-X.
  13. ^ "رسالة من أنتوني باركهورست إلى ريتشارد هاكليوت، المحامي، 1578" (PDF) . مؤرشف من الأصل (PDF) في 2016-10-27 . تم الاسترجاع 2016-10-26 .
  14. ^ هاتش، تشارلز إي. جونيور؛ جريجوري، ثورلو جيتس (يوليو 1962). "أول فرن صهر أمريكي، 1619-1622: ولادة صناعة عظيمة على فولينج كريك في فرجينيا". مجلة فرجينيا للتاريخ والسيرة الذاتية . 70 (3). جمعية فرجينيا التاريخية: 259-296. JSTOR  4246864.
  15. ^ جايست، كريستوفر. "The Works at Falling Creek". Colonial Williamsburg . The Colonial Williamsburg Foundation . تم الاسترجاع في 25 أكتوبر 2016 .
  16. ^ ديانا موير، تأملات في بركة بولوغ ، مطبعة جامعة نيو إنجلاند، 2000.
  17. ^ "Saugus Iron Works". National Park Service . National Park Service, US Department of the Interior . تم الاسترجاع في 25 أكتوبر 2016 .
  18. ^ ويلر، ماريان هـ. "مصانع الحديد في كونكورد". مؤرشف من الأصل في 22 أكتوبر 2010. تم الاسترجاع في 8 مارس 2018 .مصنع كونكورد للحديد
  19. ^ باري برادي. "المستوطنون الأوائل صنعوا الحديد هنا" (PDF) . لجنة باينلاندز في نيوجيرسي . تم الاسترجاع في 24 أبريل 2018 .
  20. ^ لورينج، القس أماسا. تاريخ شابلي، بورتلاند، مين: براون وثورستون، 1854. ص 39.
  21. ^ ليونارد، إدوارد إتش. رحلة ميدانية شهرية لجمعية مين المعدنية والجيولوجية. الصخور والمعادن 5(2):49 (يونيو 1930).
  22. ^ Weddle, Thomas K. The Iron Age of Maine, Part II: The Shapleigh Iron Company: A Foray into Industrial (geo)Archaeology in Maine Geologic Facts and Localities . أوغوستا، مين: هيئة المسح الجيولوجي في مين، نوفمبر 2003. https://digitalmaine.com/mgs_publications/370/ تم الوصول إليه في 6/9/2019.
يوجد في ويكيميديا ​​كومنز الوسائط المتعلقة بـ الحديد المستنقعي .
  • ملف ASME PDF يحتوي على رسومات إعادة بناء مفصلة للفرن والمناطق المحيطة به.
  • فرن ناساوانغو في مؤسسة ماريلاند التاريخية.
  • "خام المستنقع"  . الموسوعة الأمريكية . 1879.
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=مستنقع_حديدي&oldid=1223326030"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate