El hierro de pantano es una forma de depósito de hierro impuro que se desarrolla en pantanos o ciénagas mediante la oxidación química o bioquímica del hierro transportado en solución. En general, los minerales de las turberas consisten principalmente en oxihidróxidos de hierro , comúnmente goetita (FeO(OH)).
El agua subterránea que contiene hierro generalmente emerge como un manantial y el hierro que contiene forma hidróxido férrico al encontrarse con el ambiente oxidante de la superficie. El mineral de pantano a menudo combina goethita , magnetita y vugs o cuarzo teñido . La oxidación puede ocurrir mediante catálisis enzimática por bacterias del hierro . No está claro si la magnetita precipita en el primer contacto con el oxígeno y luego se oxida a compuestos férricos, o si los compuestos férricos se reducen cuando se exponen a condiciones anóxicas al enterrarse debajo de la superficie del sedimento y se reoxidan al exhumarlos en la superficie. [ cita necesaria ]
El hierro pantanoso, 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 sorbente natural . [2] Estas propiedades, combinadas con el hecho de que el hierro de pantano es barato de obtener, son incentivos para su utilización en tecnologías de protección ambiental. [2]
El hierro elaborado a partir de mineral de pantano a menudo contiene silicatos residuales , que pueden formar una capa vítrea que confiere cierta resistencia a la oxidación .
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 los flujos superficiales. [3] El hierro en el agua luego se oxida mediante oxígeno disuelto o, mediante catálisis enzimática, por 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 se puede detectar por la película aceitosa que dejan en la superficie del agua. [3] Este cambio de estado de oxidación provoca 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 goethita , magnetita , hematita , schwertmannita y sólidos amorfos ricos en sulfato de hierro y aluminio, se pueden formar mediante la oxidación del hierro ferroso en las condiciones ácidas presentes. [4] Todos los fotosintetizadores desempeñan una doble función como productores de oxígeno y, por tanto, oxidadores pasivos de hierro, y como superficies a las que el hierro puede absorber o unirse. [4] Esto hace que las plantas acuáticas queden muy incrustadas con un flóculo de oxihidróxido de hierro de color naranja claro cerca del punto de gas oxígeno liberado 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 pantano es un recurso renovable; el mismo pantano se puede cosechar aproximadamente una vez por generación. [3]
Los europeos desarrollaron la fundición de hierro a partir de hierro de pantano durante la Edad del Hierro prerromana de los siglos V, IV y 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 el hierro de pantano con tecnología limitada, ya que no es necesario fundirlo para eliminar muchas impurezas. [5] Debido a su fácil accesibilidad y reducibilidad, el hierro de pantano se usaba comúnmente para la producción temprana de hierro. [6] Los primeros metalúrgicos identificaron los depósitos de hierro pantanoso mediante indicadores como pasto marchito, un ambiente húmedo, vegetación dominada por pastos higrófilos y soluciones o deposiciones de color marrón rojizo en aguas cercanas. [7] Clavaron palos de madera o metal en el suelo para detectar depósitos de mineral más grandes, [7] y cortaron y retiraron capas de turba en el pantano usando cuchillos para césped para extraer nódulos de hierro del pantano más pequeños, del tamaño de un guisante. [3] La producción temprana de hierro a partir de mineral de pantano se produjo principalmente en hornos de floración . [7] Los recursos necesarios para la producción eran madera para el carbón vegetal , arcilla para la construcción de hornos de florecimiento y agua para su procesamiento. [7] El hierro en el mineral se reduce a una capa de hierro esponjoso que permanece en la parte superior del horno mientras los elementos indeseables fluyen hacia abajo como escoria . [8] La fundición con un horno de floración a menudo da como resultado que entre un 10 y un 20 por ciento en masa de Fe se reduzca a floración de hierro, mientras que el resto se transfiere a la escoria. [9] Luego, la flor debe consolidarse con un martillo para hacer hierro forjado utilizable . Existe cierta evidencia arqueológica de que se agregaba cal a los hornos para tratar minerales ricos en sílice que eran difíciles de fundir mediante el proceso de floración. [3]
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 datan de finales de la Edad del Bronce y la innovación podría haberse transmitido tanto desde el sur como desde el este. El mineral utilizado fue limonita en forma de tierra roja y mineral de pantano. Desde el año 200 d.C. se utilizó mineral procedente de depósitos de limonita en lagos. El mineral se redujo en flores. 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 las ciénagas. [5] El hierro de pantano dominó la producción de hierro de las áreas pobladas nórdicas , incluidas Escandinavia y Finlandia , del 500 al 1300 d.C. [5] También se estableció en Islandia una producción a gran escala de hierro de pantano 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 sólo 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 en los tiempos modernos, 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. [ cita necesaria ]
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 de L'Anse aux Meadows estaba situado inmediatamente al este de una turbera de juncia y en el lugar se encontraron 15 kg de escoria, 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 a partir del mineral, lo que indica que los trabajadores que procesaban el mineral no habían sido calificados. [5] Esto apoya la idea de que el conocimiento sobre el procesamiento del hierro estaba generalizado y no restringido a los principales centros de comercio y comercio. [5] También se encontraron noventa y ocho fragmentos de clavos en el sitio, así como evidencia considerable de carpintería que apunta a que el hierro producido en el sitio posiblemente se usó solo para la reparación de barcos y no para la fabricación de herramientas. [5] [12]
El hierro de pantano era muy buscado en la América del Norte colonial . Las primeras minas de hierro conocidas en América del Norte son las minas de St. John's, Terranova , supuestamente en funcionamiento por Anthony Parkhurst en 1578. [13] Los primeros esfuerzos mineros en Virginia ocurrieron ya en 1608. En 1619, Falling Creek Ironworks se estableció en Condado de Chesterfield, Virginia . Fue la ubicación de la primera instalación de alto horno en América del Norte. [14] [15]
El lago Massapoag en Massachusetts fue excavado profundizando el canal de salida en busca de hierro para pantanos. [16] El sitio histórico nacional Saugus Iron Works , en el río Saugus en Saugus, Massachusetts , funcionó 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 natural de los pantanos de la región llevaron a los propietarios a enviar buscadores a los campos circundantes. En 1658, la empresa compró 1.600 acres (6,5 km2 ) de tierra que cubría áreas que ahora son Concord, Acton y Sudbury. Establecieron una gran instalación de producción en Concord, Massachusetts , a lo largo del río Assabet, con presas, estanques, cursos de agua y hogares, pero en 1694 el hierro natural de los pantanos 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 oxidación y rieles de hierro forjado , muchos de los cuales aún adornan las escaleras en Trenton y Camden . [19] Durante la Revolución Americana , se lanzaron balas de cañón de hierro pantanoso para las fuerzas coloniales.
También se encontró hierro de pantano en la costa este de Maryland . Los restos de una operación de 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. El horno comercial funcionó aproximadamente entre 1825 y 1850.
La Shapleigh Iron Company construyó una fundición en North Shapleigh, Maine , en 1836 para explotar un pequeño depósito de hierro pantanoso en Little Ossipee Pond. La planta comenzó a funcionar en 1837, pero según una historia de Shapleigh de 1854 "el negocio [resultó] no rentable, por lo que después de unos años fue abandonado". [20] [21] [22]
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