ruda - uzdatnianie i preparacja wsadu
..."Góry Świętokrzyskie stały się poligonem realnego chodzenia po ziemi. Bezpośredni kontakt z przyrodą nie zawiązał się nigdy tak radykalnie jak tutaj. To węzeł, gdzie spotkały się rzeczowe trudności poznawcze..."
Włodzimierz Sedlak, "Inną drogą"
Dowolną rudę należy zetrzeć na pył, a następnie wymieszać z wodą. Wykorzystując zjawisko sedymentacji i jej dynamiki, przy różnych frakcjach zawiesiny, w łatwy sposób można oddzielić nadmiar SiO2. Grube ziarna nie rozpuszcalnej w wodzie krzemionki opadną niemalże natychmiast, a zlana z wierzchu "ruda" zawiesina zawiera w lwiej części lżejsze tlenki żelaza i najbardziej rozdrobnioną i optymalną ilość krzemionki. Im też pozwalamy opadać tyle, że trwa to dużo dłużej. Podobnie separuje się w tym zabiegu Al2O3. Równie nierozpuszczalny w wodzie, łatwo i szybko opada na dno, umożliwiając tym samym oddzielenie go od tlenków żelaza. Nie ma przy tym znaczenia jakiej rudy użyjemy - skład chemiczny uzyskanego w efekcie finalnym osadu z tlenkowej zawiesiny, mieści się w optimum teoretycznych poszukiwań, dając szanse na powodzenie procesu hutniczego. Dla łatwiejszego rozkruszenia rudy i uwolnienia z niej lekkich tlenków metali minerał był prażony. Próbowaliśmy - dużo łatwiej się po tym zabiegu kruszy, a zawiesina uzyskana z takiej wyprażanej rudy jest bogatsza pod kątem zawartości Fe.
Archeolodzy płukanie rozdrobnionej rudy często wyróżniają w czynnościach przygotowujących ją do wytopu - oczywiście celem jej uszlachetnienia. Zadam pytanie - w jaki sposób niby płukanie pokruszonego żelaziaka czy syderytu miało poprawiać ich jakość? Obydwa są twarde i nijak się nie zmieniają pod wpływem wody. Płukanie rud darniowych powoduje zaś efekt odwrotny - zostaje nam tylko oczyszczony z tlenków żelaza piasek. Jakiekolwiek płukanie, drastycznie pogarsza ich jakość. Analogia do dymarek średniowiecznych i przemysłu wielkopiecowego, gdzie duży urobek wydobywany z ziemi wymieszany był z licznymi zanieszyszczeniami i wymagał płukania, nie ma zastosowania w procesie starożytnego preparowania rud. Starożytni nie wydzierali wielkimi kęsami rudy umieszczonej w całej masie zanieczyszceń. Ręczne eksploatowanie najbardziej rudonośnych pokładów, pozwalało im wstępnie odseparować najlepsze partie urobku od zanieczyszczeń. W płukaniu szukałbym raczej innego celu. Można było regulować nim procentowy skład chemiczny rudy.
Już w 1612 roku w poemacie "Officina ferraria, abo huta i warstat z kuźniami szlachetnego dzieła żelaznego" Walenty Roździeński tak pisał o technologii preparowania rud żelaza:
"Taką rude potrzeba upalić na roszcie
Tak jako kruszec srebrny a potym ją czyście
żelaznymi cepami zmłócić, więc i piasek
Potrzeba z niej przetakiem wychędożyć wszytek.
Jest jeszcze druga ruda inakszej własności
Niż ta pierwsza: na błociech najdują jej dości;
Leży w wodzie, pod razem zową ją błotnicą
A mógłby ją — prze cnotę jej — nazwać złotnicą.
Harzo spieszna na dęcie, nie trzeba jej palić
Tylko wypłókawszy ją z piasku na piec walić;
Przechodzi w swej plenności rud wszytkich rodzaje.
Jeno iże żelazo barzo krewkie daje."
Średniowieczny opis preparacji rudy świetnie ukazuje zabiegi mające na celu usunięcie piasku (krzemionki) z wsadu do dymarki. Wskazuje również na proces prażenia jako na zabieg ułatwiający kruszenie rudy, a nie tylko proces wstępnej redukcji tlenków żelaza w niej zawartej. Ten sam autor opisuje w innej części poematu dbałość o czystość węgla używanego do procesu. Kolejny raz zagrożeniem dla procesu jest wskazany przez niego piasek.
Podobne techniki płukania rud stosują z powodzeniem ludy afrykańskie. Afrykanie na Wybrzeżu Kości Słoniowej, przez płukanie usuwali z rudy gliniasty osad i otrzymywali wilgotne błoto, z którego formowali w dłoniach kruche kule, o dużej zawartości żelaza. Zajmowali się tym wyspecjalizowani górnicy. Produkowali kule, które przekazywali hutnikom. Opis zaczerpnąłem z relacji R.Gardiego, który jest jednym z badaczy hutnictwa w tym rejonie świata i często jego relacje cytowane są w książce J.Łapotta "Pozyskiwanie żelaza w Afryce zachodniej na przykłądzie ludów masywu Atakora". Gardi przeoczył dużo ważniejszy efekt takich zabiegów - usuwając gliniasty osad, górnicy zmniejszali udział krzemionki i wpływali na obniżenie temperatury upłynnienia żużla. Dodatkowy nakład pracy gwarantuje upłynnienie wsadu przy najniższych możliwych temperaturach.
Próby rekonstrukcji świętokrzyskiego procesu dymarskiego w oparciu o wsad ze sproszkowanej rudy żelaza nie są czymś nowym. Właściwie to od nich w latach 50. rozpoczęły się pod kierownictwem M.Radwana pierwsze próby. O dziwo zakończone najlepszymi jak dotąd wynikami - udawało się upłynnić żużel. Stosowano przy tym dmuch naturalny! Żelaza niestety nie udało się uzyskać. Dalsze próby wykonywano z udziałem rudy o dużo grubszej frakcji - wielkości orzecha laskowego. Zastosowano dmuch sztuczny. Bezpowrotnie oddalono się tym samym od obiecujących wyników pierwszych eksperymentów.
Zaproponowana przeze mnie technologia separacji składników chemicznych z pozoru może wydawać się skomplikowana, ale przy odrobinie sprytu nawet najmniejszy ciek wodny można wykorzystać do stworzenia bardzo prostych w konstrukcji i jednocześnie wydajnych osadników. Mała dygresja - charakterystycznym dla hutnictwa świętokrzyskiego jest posadowienie olbrzymiej ilości pieców właśnie w bliskim sąsiedztwie cieków wodnych. Jak sądzę to właśnie obserwacja tych cieków wodnych podpowiadała naszym przodkom najprostrze i najskuteczniejsze rozwiązania. Któż z bywalców w naszych górach nie widział rudych strumyków, w których dokładnie taki sam proces naturalnego osadzania tlenków żelaza zachodzi?
Znamienitym zaproponowanej przeze mnie technologii jest fakt, że wydajność w otrzymaniu bogatego w tlenki osadu jest odwrotnie proporcjonalna do zanieczyszczeń. Odzyskujemy praktycznie 100% tlenków żelaza uwięzionych w pierwotnej rudzie. Z hematytów pozyskanych z Rudek uzyskiwaliśmy najlepszy skład chemiczny i najmniej odpadu. Najwięcej trzeba było się natrzeć rud darniowych, które niemalże w 80 % składały się z piachu czyli krzemionki. Wynagradzały jednak łatwością obróbki - są kruche i łatwo je ucierać.
W tym momencie nalażałoby zastanowić się głośno, czy starożytni zadawali sobie tyle trudu i dlaczego proponowany proces różni się od średniowiecznych metod preparacji rud? Odpowiedź jaką proponuję jest zaskakująca - nie musieli. Wyręczyła ich natura, która na olbrzymim geotermalnym źródle w Rudkach zbudowała gigantyczną czapę z różnych związków żelaza, przebogatą w śmietanę hematytową - idealny materiał do produkcji żelaza w procesie dymarskim. Wydobycie tejże śmietany możliwe było najprostszymi narzędziami, bo jest miękka i układa się pokładami oddzielonymi innymi minerałami, pozwalającymi na tworzenie korytarzy niezbędnych do eksploracji złoża. Była łatwa w obróbce, bo ma gliniastą, plastyczną konsystencję. Po wyprażeniu z łatwością się kruszy i jako proszek umożliwia dokładne mieszanie, wyśmienicie ujednolicające skład chemiczny. Jest materiałem, który po wsypaniu do odpowiedniego pieca będzie doskonale reagował z gazami redukującymi i samym węglem. Ma doskonały skład chemiczny pod każdym względem. Zawartaść krzemionki na optymalnym poziomie umożliwia upłynnienie wsadu ze śmietany hematytowej w najniższych możliwych temperaturach. Jest wyjątkowa i dlatego pozwoliła na ukształtowanie się wyjątkowego procesu technologicznego. Poddanie jej zgrubnemu procesowi sedymentacji i wyprażania czyni z niej materiał absolutnie najlepszy dla rekonstruowanego procesu.
Przeprowadzony przez nas próbny wytop z spreparowanej "moim" sposobem rudy i ze śmietany hematytowej, dał najlepsze dotychczas efekty w serii eksperymentów nad kształtem komory pieca. Uzyskaliśmy żelazo i łatwo upłynniający się żużel. Przy próbie w takim samym piecu, a innym wsadzie (pokruszona na kawałki wielkości orzecha laskowego i wyprażona ruda) proces nie powiódł się.
Nie jestem przekonany, że wsadem do pieca był luźny drobniutki pył, choc taki znajdywano w badaniach archeologicznych. Nie wsypywano również drobnych kawałków rudy od góry pieca, bo musiałyby znaleźć się w kotlince wraz z węglem drzewnym. Moim zdaniem śmietanę hematytową z Rudek lub osad z preparowanej przez sedymentację rozkruszonej drobno rudy suszono i urabiano z niej plastyczną masę. Taką rudą oblepiano drewniany trzon pieca jako pierwszą warstwę nad zwężką. Tworzono tym samym jednorodny walec z osiowym otwortem kominowym, który mógł być odżużlony w jednorazowym akcie. Może wzbogacano rudę pyłem z węgla drzewnego albo popiołem z podwyższoną zawartością związków fosforu, a całość spajano chociażby niewielkim dodatkiem jakiegoś organicznego lepiszcza? Z łatwością i na różne sposoby z odpowiednio podsuszonego osadu lub śmietany hematytowej można preparować wsad o jednorodnym składzie chemicznym, którego całość pozostanie w szybie piecu aż do jego upłynnienia.
Marcin Marciniewski
Co na to archeologia i znaleziska? >>>