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Hierro de pantano

Mineral de pantano El hierro de pantano es un tipo de depósito de hierro impuro que se forma en turberas o pantanos por la oxidación química o bioquímica del hierro disuelto en ...

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Mineral de pantano

El hierro de pantano es un tipo de depósito de hierro impuro que se forma en turberas o pantanos por la oxidación química o bioquímica del hierro disuelto en solución. En general, los minerales de pantano consisten principalmente en oxihidróxidos de hierro , comúnmente goetita (FeO(OH)), y limonita relacionada .

Las aguas subterráneas con contenido de hierro suelen emerger en forma de manantial , y el hierro que contienen forma hidróxido férrico al entrar en contacto con el ambiente oxidante de la superficie. El mineral de pantano a menudo combina goetita y magnetita , y puede incluir cavidades y cuarzo teñido . La oxidación puede producirse mediante catálisis enzimática por bacterias del hierro . No está claro si la magnetita precipita al primer contacto con el oxígeno y luego se oxida a compuestos férricos, o si estos compuestos se reducen al exponerse a condiciones anóxicas al quedar enterrados bajo la superficie del sedimento y se reoxidan al ser exhumados en la superficie.

El hierro de pantano, al igual que otros óxidos de hierro hidratados , tiene una afinidad específica por los metales pesados . [ 1 ] Esta afinidad, combinada con la estructura porosa y la alta superficie específica del hierro de pantano, lo convierten en un buen adsorbente natural . [ 2 ] Estas propiedades, junto con el hecho de que el hierro de pantano es económico, son incentivos para su utilización en tecnologías de protección ambiental. [ 2 ]

Parte de la Muralla con Herma : uso de mineral de pantano en la arquitectura.

El hierro fabricado a partir de mineral de pantano suele contener silicatos residuales , que pueden formar una capa vítrea que le confiere cierta resistencia a la oxidación .

El agua subterránea con contenido de hierro suele emerger en forma de manantial. El hierro se oxida a hidróxido férrico al entrar en contacto con el ambiente oxidante de la superficie. Un gran número de estos manantiales y filtraciones en la llanura aluvial proporcionan el hierro para los depósitos de hierro de pantano.

Formación

El hierro es transportado a las turberas en aguas subterráneas con bajo pH y bajo contenido de oxígeno disuelto que llegan a la superficie a través de manantiales, junto con estructuras de fracturas, o donde el agua subterránea se cruza con flujos superficiales. [ 3 ] El hierro en el agua se oxida luego por el oxígeno disuelto o, a través de la catálisis enzimática de bacterias del hierro (por ejemplo, Thiobacillus ferrooxidans y Thiobacillus thiooxidans ) que concentran el hierro como parte de sus procesos vitales. [ 4 ] La presencia de estas bacterias puede detectarse por la película aceitosa que dejan en la superficie del agua. [ 3 ] Este cambio de estado de oxidación causa la precipitación de sólidos de hierro de grano fino cerca del punto de descarga del agua subterránea. [ 3 ] Una variedad de minerales de hierro, como goetita , magnetita , hematita , schwertmannita y sólidos amorfos ricos en sulfato de hierro-aluminio, pueden formarse a través de la oxidación del hierro ferroso en las condiciones ácidas presentes. [ 4 ] Todos los organismos fotosintéticos desempeñan funciones duales como productores de oxígeno, y por lo tanto oxidadores pasivos de hierro, y como superficies a las que el hierro puede adsorberse o unirse. [ 4 ] Esto provoca que las plantas acuáticas se incrusten fuertemente con un flóculo de oxihidróxido de hierro de color naranja claro cerca del punto de liberación de oxígeno gaseoso de las plantas. [ 4 ] Factores como la geología local, la mineralogía de la roca madre, la composición del agua subterránea y los microbios y plantas geoquímicamente activos influyen en la formación, el crecimiento y la persistencia de las turberas de hierro. [ 4 ] El hierro de las turberas es un recurso renovable; la misma turbera puede cosecharse aproximadamente una vez por generación. [ 3 ]

Extracción de hierro

Los europeos desarrollaron la fundición de hierro a partir de hierro de pantano durante la Edad del Hierro prerromana de los siglos V/IV-I a. C., y la mayor parte del hierro de la Era Vikinga (finales del primer milenio d. C.) se fundió a partir de hierro de pantano. [ 3 ] Los humanos pueden procesar hierro de pantano con tecnología limitada, ya que no es necesario fundirlo para eliminar muchas impurezas. [ 5 ] Debido a su fácil acceso y reducibilidad, el hierro de pantano se usó comúnmente para la producción temprana de hierro. [ 6 ] Los primeros metalúrgicos identificaron los depósitos de hierro de pantano por indicadores como hierba marchita, un ambiente húmedo, vegetación dominada por hierbas higrófilas y soluciones o depósitos de color marrón rojizo en aguas cercanas. [ 7 ] Clavaban palos de madera o metal en el suelo para detectar depósitos de mineral más grandes, [ 7 ] y cortaban y retiraban capas de turba en el pantano usando cuchillos de turba para extraer nódulos más pequeños de hierro de pantano del tamaño de un guisante. [ 3 ] La producción temprana de hierro a partir de mineral de pantano se realizaba principalmente en hornos de refinación . [ 7 ] Los recursos necesarios para la producción eran madera para carbón vegetal , arcilla para la construcción de hornos de refinación y agua para el procesamiento. [ 7 ] El hierro en el mineral se reduce a una masa de hierro esponjosa que permanece en la parte superior del horno, mientras que los elementos indeseables fluyen hacia abajo como escoria . [ 8 ] La fundición con un horno de refinación a menudo resulta en que entre el 10 y el 20 por ciento en masa de Fe se reduce a masa de hierro, mientras que el resto se transfiere a la escoria. [ 9 ] La masa debe luego consolidarse con un martillo para hacer hierro forjado utilizable . Hay algunas evidencias arqueológicas de que se agregaba cal a los hornos para tratar minerales ricos en sílice que eran difíciles de fundir mediante el proceso de refinación. [ 3 ]

Europa

Los primeros intentos de fundición de hierro datan del segundo milenio a. C. en el Cercano Oriente . [ 7 ] La tecnología luego se extendió por toda Europa en los dos milenios siguientes, llegando a Polonia en el siglo II a. C. [ 7 ] La producción de hierro llegó a Escandinavia alrededor del 800–500 a. C. Los sitios de producción de hierro en el centro de Suecia se datan en la Edad del Bronce tardía y la innovación pudo haberse transmitido tanto del sur como del este. El mineral utilizado era limonita en forma de tierra roja y mineral de turbera. A partir del 200 d. C. se utilizó mineral de depósitos de limonita en lagos. El mineral se reducía en hornos de reducción. Hay evidencia de una relación directa entre los asentamientos vikingos en el norte de Europa y América del Norte y los depósitos de hierro de turbera. [ 5 ] El hierro de turbera dominó la producción de hierro de las áreas pobladas por nórdicos , incluyendo Escandinavia y Finlandia , desde el 500 hasta el 1300 d. C. [ 5 ] La producción a gran escala de hierro de turbera también se estableció en Islandia en sitios conocidos como "granjas de hierro". [ 5 ] Los sitios de producción a menor escala en Islandia consistían en grandes granjas y algunos asentamientos islandeses originales, pero estos parecían producir solo suficiente hierro para ser autosuficientes. [ 5 ] Incluso después de que la tecnología de fundición mejorada hiciera viables los minerales extraídos durante la Edad Media, el mineral de pantano siguió siendo importante hasta la época moderna, particularmente en la producción campesina de hierro. [ 10 ] En Rusia , el mineral de pantano fue la principal fuente de hierro hasta el siglo XVI, cuando los minerales superiores de los montes Urales estuvieron disponibles.

América del norte

Precolombino

El hierro fue producido por los vikingos en Terranova alrededor del año 1021 d. C. [ 11 ] Las excavaciones en L'Anse aux Meadows han encontrado evidencia considerable del procesamiento de hierro de pantano y la producción de mineral de hierro. [ 5 ] El asentamiento en L'Anse aux Meadows estaba situado inmediatamente al este de un pantano de turba de junco y se encontraron 15 kg de escoria en el sitio, que habrían producido alrededor de 3  kg de hierro utilizable. [ 5 ] El análisis de la escoria mostró que se podría haber fundido considerablemente más hierro del mineral, lo que indica que los trabajadores que procesaban el mineral no eran expertos. [ 5 ] Esto apoya la idea de que el conocimiento del procesamiento del hierro estaba extendido y no restringido a los principales centros de comercio. [ 5 ] También se encontraron noventa y ocho fragmentos de clavos en el sitio, así como evidencia considerable de trabajos en madera, lo que apunta a que el hierro producido en el sitio posiblemente se usaba solo para la reparación de barcos y no para la fabricación de herramientas. [ 5 ] [ 12 ]

América del Norte colonial

El hierro de pantano era muy buscado en la Norteamérica colonial . Las minas de hierro más antiguas conocidas en Norteamérica son las de St. John's, Terranova , que, según se informa, estaban en funcionamiento bajo la dirección de Anthony Parkhurst en 1578. [ 13 ] Los primeros esfuerzos mineros en Virginia se remontan a 1608. En 1619 se estableció Falling Creek Ironworks en el condado de Chesterfield, Virginia . Allí se ubicó el primer alto horno de Norteamérica. [ 14 ] [ 15 ]

El lago Massapoag en Massachusetts se redujo profundizando el canal de salida en busca de hierro de pantano. [ 16 ] El Sitio Histórico Nacional Saugus Iron Works , en el río Saugus en Saugus, Massachusetts , operó entre 1646 y 1668. El sitio contiene un museo y varios edificios reconstruidos. [ 17 ] El éxito de Saugus Iron Works y el rápido agotamiento del hierro de pantano natural de la región llevaron a los propietarios a enviar buscadores de oro a los alrededores. En 1658, la compañía compró 1600 acres (6,5 km² ) de tierra que cubrían áreas que ahora son Concord, Acton y Sudbury. Establecieron una gran planta de producción en Concord, Massachusetts , a lo largo del río Assabet con presas, estanques, canales de agua y hornos, pero para 1694 el hierro de pantano natural allí también se había agotado, y la tierra se vendió para la agricultura. [ 18 ] 

En el centro y sur de Nueva Jersey , se extraía y refinaba mineral de pantano para la producción de herramientas naturalmente resistentes a la corrosión y rieles de hierro forjado , muchos de los cuales aún adornan las escaleras de Trenton y Camden . [ 19 ] Durante la Revolución Americana , se fundieron balas de cañón de hierro de pantano para las fuerzas coloniales.

Estados Unidos del siglo XIX

También se encontró hierro de pantano en la costa este de Maryland . Los restos de una fundición comercial cerca de Snow Hill, Maryland , son ahora un sitio histórico estatal y nacional. Conocida como Furnace Town , se llamaba Nassawango Iron Furnace por el arroyo cercano. La fundición comercial estuvo en funcionamiento aproximadamente entre 1825 y 1850.

La Shapleigh Iron Company construyó una fundición en North Shapleigh, Maine , en 1836 para explotar un pequeño yacimiento de hierro de pantano en Little Ossipee Pond. La planta comenzó a operar en 1837, pero según una historia de Shapleigh de 1854, "el negocio [resultó] poco rentable, por lo que después de unos años fue abandonado". [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Kaczorek, Danuta, Gerhard W. Brümmer y Michael Sommer (2009). "Contenido y formas de unión de metales pesados, aluminio y fósforo en minerales de hierro de pantano de Polonia" . Journal of Environmental Quality . 38 (3): 1109– 1119. Bibcode : 2009JEnvQ..38.1109K . doi : 10.2134/jeq2008.0125 . PMID 19398508. Archivado del original el 7 de febrero de 2019. Recuperado el 6 de febrero de 2019 a través de la Biblioteca Digital de la Alianza de Sociedades de Ciencias Agrícolas, del Suelo y Ambientales. {{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  2. ^ Rzepa , Grzegorz, Tomasz Bajda y Tadeusz Ratajczak (2009). "Utilización de minerales de hierro de turberas como sorbentes de metales pesados". Revista de materiales peligrosos . 162 ( 2– 3): 1007– 1013. Bibcode : 2009JHzM..162.1007R . doi : 10.1016/j.jhazmat.2008.05.135 . PMID 18614286 . {{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  3. 1 2 3 4 5 6 7 Heimann, RB, U. Kreher, I. Spazier y G. Wetzel (2002). "Investigaciones mineralógicas y químicas de escorias de hornos de hierro de yacimientos prehistóricos (siglo VIII a. C. al siglo IV d. C.) en la Alta y Baja Lusacia, Alemania". Archaeometry . 43 (2): 227– 252. doi : 10.1111/1475-4754.00016 .{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  4. 1 2 3 4 5 Stanton, MR, DB Yager, DL Fey y WG Wright (2007). "Formación y significado geoquímico de los depósitos de turberas de hierro - Capítulo 14 - Formación y significado geoquímico de los depósitos de turberas de hierro" (PDF) . Documento profesional del Servicio Geológico de los Estados Unidos : 1096.{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  5. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Bowles, G.; Bowker, R.; Samsonoff, N. (2011). "La expansión vikinga y la búsqueda de hierro de pantano" . Platforum . 12 : 25–37 . Archivado del original el 6 de diciembre de 2021.
  6. ^ Sitschick, H., F. Ludwig, E. Wetzel, J. Luckert, T. Höding (2005). "Raseneisenerz - auch in Brandenburg ein mineralischer Rohstoff mit bedeutender wirtschaftlicher Vergangenheit" (PDF) . Brandenburgische Geowissenschaftliche Beiträge . 12 : 119– 128. Archivado desde el original (PDF) el 6 de abril de 2019 . Consultado el 6 de abril de 2019 .{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  7. 1 2 3 4 5 6 Thelemann, M., W. Bebermeier, P. Holzmann y E. Lehnhardt (2017). "El mineral de hierro de pantano como recurso para la producción prehistórica de hierro en Europa Central: un estudio de caso del área de la cuenca de Widawa en Silesia oriental, Polonia" . Catena . 149 (1): 474–490 . Bibcode : 2017Caten.149..474T . doi : 10.1016/j.catena.2016.04.002 . Archivado (PDF) del original el 19 de septiembre de 2021.{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  8. ↑ Koschke, Wolfgang (2002). "Raseneisenerz und Eisenhüttenindustrie in der nördlichen Oberlausitz". Freundeskreis Stadt- und Parkmuseum Bad Muskau EV .
  9. ^ Sperling, Dieter (2003). Rohstoffgewinnung und Altbergbau im Förderraum Calau . Förderverein Kulturlandschaft Niederlausitz. ISBN 978-3-9808035-2-6.
  10. ↑ Maria Sjöberg y Anton Tomilov, "La producción de hierro en las comunidades campesinas", en Sociedades siderúrgicas: Desarrollo industrial temprano en Suecia y Rusia, 1600-1900, ed. Maria Ågren, 33-60 (Nueva York: Berghahn, 1998), 33-36, 59-60; Anders Florén, Göran Rydén, Ludmila Dashkevich, DV Gavrilov y Sergei Ustiantsev, "La organización social del trabajo en minas, hornos y forjas", en Sociedades siderúrgicas: Desarrollo industrial temprano en Suecia y Rusia, 1600-1900, ed. Maria Ågren, 61-138 (Nueva York: Berghahn, 1998), 62-65.
  11. ↑ Kuítems, Margot; Wallace, Birgitta L.; Lindsay, Carlos; Scifo, Andrea; Doeve, Petra; Jenkins, Kevin; Lindauer, Susanne; Erdil, Pınar; Libro mayor, Paul M.; Forbes, Veronique; Vermeeren, Caroline (20 de octubre de 2021). "Evidencia de la presencia europea en las Américas en el año 1021 d. C." . Naturaleza . 601 (7893): 388– 391. doi : 10.1038/s41586-021-03972-8 . ISSN 1476-4687 . PMC 8770119 . PMID 34671168 . S2CID 239051036 . Nuestro resultado de 1021 d. C. para el año de tala constituye la única fecha del calendario segura para la presencia de europeos al otro lado del Atlántico antes de los viajes de Colón. Además, el hecho de que nuestros resultados, en tres árboles diferentes, converjan en el mismo año es notable e inesperado. Esta coincidencia sugiere fuertemente la actividad nórdica en L'Anse aux Meadows en 1021 d. C. Asimismo, nuestra investigación demuestra el potencial de la anomalía de 993 d. C. en las concentraciones atmosféricas de 14C para determinar las edades de migraciones e interacciones culturales pasadas.    
  12. ↑ Lewis-Simpson, Shannon (2000). Vinlandia revisitada: El mundo nórdico a principios del primer milenio . St. John's, Terranova: Asociación de Sitios Históricos de Terranova y Labrador, Inc. ISBN 0-919735-07-X.
  13. ↑ "CARTA DE ANTHONY PARKHURST A RICHARD HAKLUYT, Abogado, 1578" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 27 de octubre de 2016. Consultado el 26 de octubre de 2016 .
  14. ↑ Hatch, Charles E. Jr.; Gregory, Thurlow Gates (julio de 1962). "El primer alto horno estadounidense, 1619-1622: El nacimiento de una poderosa industria en Falling Creek, Virginia". The Virginia Magazine of History and Biography . 70 (3). Virginia Historical Society: 259– 296. JSTOR 4246864 . 
  15. ↑ Geist, Christopher. "The Works at Falling Creek" . Colonial Williamsburg . The Colonial Williamsburg Foundation . Consultado el 25 de octubre de 2016 .
  16. ↑ Diana Muir, Reflexiones en el estanque de Bullough , University Press of New England, 2000.
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  19. ↑ Barry Brady. "Los primeros colonos fabricaron hierro aquí" (PDF) . Comisión de Pinelands de Nueva Jersey . Consultado el 24 de abril de 2018 .
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  21. ↑ Leonard, Edward H. Una excursión mensual de la Sociedad Mineralógica y Geológica de Maine. Rocas y minerales 5(2):49 (junio de 1930).
  22. ↑ Weddle, Thomas K. La Edad del Hierro de Maine, Parte II: La Compañía de Hierro Shapleigh: Una incursión en la (geo)arqueología industrial en Maine. Datos geológicos y localidades . Augusta, Maine: Servicio Geológico de Maine, noviembre de 2003. https://digitalmaine.com/mgs_publications/370/ consultado el 6/9/2019.
  • Archivo PDF de ASME con planos detallados de reconstrucción del horno y sus alrededores.
  • Horno de Nassawango en el Maryland Historic Trust.
  • "Mineral de pantano"  . La enciclopedia americana . 1879.