Bijih besi
Biji atau bijih besi adalah cebakan yang digunakan untuk membuat besi gubal.
Biji besi terdiri atas oksigen dan atom besi yang berikatan bersama dalam molekul. Besi sendiri biasanya didapatkan dalam bentuk magnetit (FeO), hematit (FeO), goethit, limonit atau siderit. Bijih besi biasanya kaya akan besi oksida dan beragam dalam hal warna, dari kelabu tua, kuning muda, ungu tua, hingga merah karat. Saat ini, cadangan biji besi tampak banyak, namun seiring dengan bertambahnya penggunaan besi secara eksponensial berkelanjutan, cadangan ini mulai berkurang, karena jumlahnya tetap. Sebagai contoh, Lester Brown dari Worldwatch Institute telah memperkirakan bahwa bijih besi bisa habis dalam waktu 64 tahun berdasarkan pada ekstrapolasi konservatif dari 2% pertumbuhan per tahun.
Bijih besi batuan dan mineral dari mana logam besi dapat secara ekonomis diekstrak. Bijih-bijih biasanya kaya oksida besi dan bervariasi dalam warna dari abu-abu gelap, kuning cerah, ungu dalam, menjadi merah berkarat. Besi itu sendiri biasanya ditemukan dalam bentuk magnetit (Fe3O4), hematit (Fe2O3), goethite (FeO (OH), limonit (FeO (OH) n (H2O). Atau siderite (FeCO3). Bijih membawa jumlah yang sangat tinggi dari hematite atau magnetit (lebih besar dari besi ~ 60%) yang dikenal sebagai "bijih alami" atau "bijih pengiriman langsung", yang berarti mereka dapat diberi makan langsung ke pembuatan besi blast furnace. Sebagian besar cadangan bijih tersebut kini telah habis. Bijih besi adalah bahan baku yang digunakan untuk membuat pig iron, yang merupakan salah satu bahan baku utama untuk membuat baja. 98% dari bijih besi ditambang digunakan untuk membuat baja. [1] Memang, telah berpendapat bahwa bijih besi "yang lebih integral untuk ekonomi global daripada komoditas lainnya, kecuali mungkin minyak". [2]
Sumber
Besi metalik hampir tidak dikenal di permukaan Bumi kecuali sebagai besi-nikel paduan dari meteorit dan bentuk yang sangat jarang xenoliths mantel yang mendalam. Meskipun zat besi adalah unsur yang paling berlimpah keempat dalam kerak bumi, yang terdiri dari sekitar 5%, sebagian besar terikat dalam mineral silikat atau karbonat lebih jarang. Hambatan termodinamika untuk memisahkan besi murni dari mineral-mineral yang tangguh dan energi yang intensif, oleh karena itu semua sumber besi yang digunakan oleh industri manusia mengeksploitasi mineral oksida besi relatif jarang, bentuk utama yang digunakan sedang hematit.
Sebelum revolusi industri, besi sebagian besar diperoleh dari goethite banyak tersedia atau bijih rawa, misalnya selama Revolusi Amerika dan perang-perang Napoleon. Masyarakat prasejarah digunakan laterit sebagai sumber bijih besi. Secara historis, banyak bijih besi dimanfaatkan oleh masyarakat industri telah ditambang dari deposit didominasi hematit dengan nilai lebih dari 60% Fe. Deposit ini biasanya disebut sebagai "bijih pengiriman langsung" atau "bijih alami". Peningkatan permintaan bijih besi, ditambah dengan menipisnya bermutu tinggi bijih hematit di Amerika Serikat, setelah Perang Dunia II menyebabkan perkembangan tingkat rendah sumber bijih besi, terutama pemanfaatan taconite di Amerika Utara. Tingkat rendah sumber bijih besi umumnya memerlukan benefisiasi. Magnetit sering dimanfaatkan karena magnet, dan karenanya mudah dipisahkan dari mineral gangue dan mampu menghasilkan konsentrat bermutu tinggi dengan tingkat yang sangat rendah dari kotoran. Karena kepadatan yang tinggi relatif terhadap gangue hematit silikat terkait, benefisiasi hematit biasanya melibatkan kombinasi dari menghancurkan, gravitasi penggilingan, atau berat pemisahan media, dan flotasi buih silika. Salah satu metode bergantung pada melewati bijih ditumbuk halus di atas penangas larutan yang mengandung bentonit atau agen lainnya yang meningkatkan densitas dari solusi. Saat densitas larutan benar dikalibrasi, hematit akan tenggelam dan fragmen mineral silikat akan mengapung dan dapat dihapus.
Metode penambangan bijih besi berbeda-beda menurut jenis bijih yang ditambang. Ada empat jenis utama dari deposito bijih besi bekerja saat ini, tergantung pada mineralogi dan geologi dari deposito bijih. Ini adalah magnetit, titanomagnetite, hematit besar dan deposito ironstone pisolitic.
Banded besi formasi
Pelet taconite olahan seperti yang digunakan dalam industri pembuatan baja, dengan Triwulan US ditampilkan untuk skala.
Banded formasi besi (BIF) yang bermetamorfosis batuan sedimen terdiri dari mineral terutama zat besi dan silika tidur tipis (seperti kuarsa). Sekarang mineral besi mungkin siderit karbonat, tetapi mereka digunakan sebagai bijih besi mengandung oksida atau magnetit hematit [3]. Banded Besi formasi dikenal sebagai taconite di Amerika Utara.Pertambangan BIF melibatkan menghancurkan formasi kasar dan penyaringan, diikuti oleh kasar menghancurkan dan fine grinding untuk menumbuk bijih ke titik di mana magnetit mengkristal dan kuarsa cukup baik bahwa kuarsa yang tertinggal ketika bubuk yang dihasilkan lewat di bawah pemisah magnetik.
Pertambangan melibatkan pergerakan jumlah besar bijih dan limbah. Sampah datang dalam dua bentuk, batuan di tambang (sampah) yang tidak bijih, dan mineral yang tidak diinginkan yang merupakan bagian intrinsik dari batuan bijih sendiri (gangue).Para sampah ditambang dan ditumpuk di tempat pembuangan sampah, dan gangue dipisahkan selama proses benefisiasi dan dibuang sebagai tailing. Tailing taconite sebagian besar kuarsa mineral, yang secara kimia inert. Bahan ini disimpan dalam jumlah besar, kolam menetap air diatur.
Parameter ekonomi kunci untuk bijih magnetit menjadi ekonomi adalah kristalinitas dari magnetit, kelas besi dalam batuan induk BIF, dan unsur-unsur kontaminan yang ada dalam magnetit konsentrat. Rasio ukuran dan strip dari sumber daya magnetit yang paling tidak relevan karena BIF formasi dapat ratusan meter tebal, dengan ratusan kilometer mogok, dan dapat dengan mudah datang ke lebih dari 3.000 juta atau lebih, ton bijih yang terkandung.
Nilai khas dari besi di mana pembentukan besi magnetit-banded menjadi bantalan ekonomi kira-kira 25% Fe, yang umumnya dapat menghasilkan pemulihan 33% sampai 40% dari magnetit berat, untuk menghasilkan lebih berkonsentrasi grading Fe 64% oleh berat badan. Besi magnetit berkonsentrasi bijih khas memiliki kurang dari 0,1% fosfor, silika 3-7% dan kurang dari 3% aluminium.
Ukuran butir dari magnetit dan derajat Percampuran dengan groundmass silika menentukan ukuran menggiling batu yang harus comminuted untuk memungkinkan pemisahan magnetik efisien untuk memberikan konsentrat magnetit yang tinggi kemurnian. Ini menentukan input energi yang dibutuhkan untuk menjalankan operasi penggilingan. Deposito magnetit umumnya paling BIF harus tanah untuk antara 32 dan 45 mikrometer untuk menghasilkan konsentrat magnetit silika rendah. Magnetit umumnya berkonsentrasi nilai lebih dari Fe 63% berat dan fosfor biasanya rendah, aluminium rendah, titanium rendah dan silika yang rendah dan permintaan harga premium.
Saat ini bijih besi magnetit (taconite) ditambang di Minnesota dan Michigan di Amerika Serikat, dan Kanada Timur. BIF bantalan magnetit saat ini ditambang secara luas di Brasil, yang mengekspor jumlah yang signifikan ke Asia, dan ada besi magnetit industri bijih baru lahir dan besar di Australia. :v
Pengiriman langsung (hematit) bijih
Langsung pengiriman bijih besi (DSO) deposito (biasanya terdiri dari hematit) saat ini dieksploitasi di semua benua kecuali Antartika, dengan intensitas terbesar di Amerika Selatan, Australia dan Asia. Deposito besi bijih hematit paling besar bersumber dari besi formasi diubah terbalut dan akumulasi jarang beku.
Deposito DSO biasanya jarang daripada BIF magnetit-bantalan atau batuan lainnya yang membentuk sumber utama atau rock protolith, tetapi jauh lebih murah untuk tambang dan proses karena mereka memerlukan benefisiasi kurang karena kandungan zat besi yang lebih tinggi. Namun, bijih DSO dapat mengandung konsentrasi signifikan lebih tinggi dari elemen penalti, biasanya yang lebih tinggi fosfor, kadar air (akumulasi sedimen terutama pisolite) dan aluminium (tanah liat dalam pisolites). Ekspor bijih kelas DSO umumnya dalam kisaran 62-64% Fe [kutipan diperlukan].
[Sunting]
Deposit bijih magnetit Magmatik
Kadang-kadang granit dan batuan beku ultrapotassic memisahkan kristal magnetit dan massa bentuk magnetit cocok untuk konsentrasi ekonomi. Sebuah deposit bijih besi Beberapa, terutama di Chili, yang terbentuk dari arus vulkanik yang mengandung akumulasi yang signifikan dari fenokris magnetit.Chili magnetit deposit bijih besi di Gurun Atacama juga telah membentuk akumulasi aluvial magnetit di sungai terkemuka dari formasi tersebut vulkanik.
Beberapa forsiterite magnetit dan deposito hidrotermal telah bekerja pada masa lalu sebagai bermutu tinggi memerlukan deposit bijih besi benefisiasi kecil. Ada beberapa granit terkait deposito alam ini di Malaysia dan Indonesia.
Sumber-sumber lain bijih besi magnetit termasuk akumulasi bijih magnetit metamorf masif seperti di River Savage, Tasmania, dibentuk oleh geser ultramafics ofiolit.
Lain, kecil, sumber bijih besi akumulasi intrusi magmatik di berlapis yang mengandung titanium biasanya bantalan magnetit sering dengan vanadium. Bijih ini membentuk ceruk pasar, dengan spesialisasi smelter digunakan untuk memulihkan besi, titanium dan vanadium. Ini bijih yang beneficiated dasarnya mirip dengan banded pembentukan bijih besi, tetapi biasanya lebih mudah ditingkatkan melalui penghancuran dan penyaringan.Tingkatan titanomagnetite khas berkonsentrasi 57% Fe, Ti 12% dan 0,5% V2O5 [kutipan diperlukan].
Besi adalah logam dunia yang paling umum digunakan - baja, dimana bijih besi adalah bahan utama, yang mewakili hampir 95% dari logam semua digunakan per tahun [2] Hal ini digunakan terutama dalam aplikasi teknik struktural dan dalam tujuan maritim, mobil, dan. umum aplikasi industri (mesin).
Kaya zat besi batuan di seluruh dunia umum, tetapi bijih kelas operasi penambangan komersial didominasi oleh negara-negara yang tercantum dalam tabel samping. Hambatan utama untuk ekonomi untuk deposit bijih besi belum tentu kelas atau ukuran dari deposito, karena tidak terlalu sulit untuk membuktikan secara geologis cukup tonase batu ada. Kendala utama adalah posisi dari bijih besi relatif terhadap pasar, biaya infrastruktur rel untuk mendapatkannya untuk pasar dan biaya energi yang dibutuhkan untuk melakukannya.
Pertambangan bijih besi adalah volume bisnis margin tinggi rendah, sebagai nilai besi secara signifikan lebih rendah dari logam dasar. [5] Hal ini sangat padat modal, dan memerlukan investasi yang signifikan dalam infrastruktur seperti rel untuk transportasi bijih dari tambang ke sebuah kapal barang [5]. Untuk alasan ini, produksi bijih besi terkonsentrasi di tangan beberapa pemain utama.
Dunia produksi rata-rata dua miliar ton metrik bijih mentah per tahun. Produsen terbesar di dunia bijih besi adalah penambangan perusahaan Vale Brasil, diikuti oleh Anglo-Australia BHP Billiton dan perusahaan Rio Tinto Group. Sebuah pemasok Australia lebih lanjut, Fortescue Metals Group Ltd telah membantu membawa produksi Australia untuk kedua di dunia.
Perdagangan yg berlayar di laut dalam bijih besi, yaitu, bijih besi untuk dikirim ke negara-negara lain, 849m ton pada tahun 2004 [5]. Australia dan Brasil mendominasi perdagangan yg berlayar di laut, dengan 72% dari pasar. [5] BHP, Rio dan Vale kontrol 66% dari pasar ini di antara mereka [5].
Di Australia besi bijih menang dari tiga sumber utama: pisolite "saluran besi deposito" bijih diturunkan oleh erosi mekanis besi primer banded formasi dan akumulasi di saluran aluvial seperti di Pannawonica, Australia Barat; dan pembentukan metasomatically-diubah besi dominan banded terkait bijih seperti di Newman, Range Chichester, Range Hamersley dan Koolyanobbing, Australia Barat. Jenis lain dari bijih yang datang ke permukaan baru-baru ini, seperti hardcaps mengandung besi teroksidasi, misalnya deposito bijih besi laterit di dekat Danau Argyle di Australia Barat.
Cadangan dipulihkan total bijih besi di India sekitar 9.602 juta ton hematit dan 3.408 juta ton magnetit [kutipan diperlukan]. Madhya Pradesh, Karnataka, Jharkhand, Orissa, Goa, Maharashtra, Andhra Pradesh, Kerala, Rajasthan dan Tamil Nadu India adalah produsen utama bijih besi.
Dunia konsumsi bijih besi tumbuh 10% per tahun [kutipan diperlukan] rata-rata dengan konsumen utama sedang Cina, Jepang, Korea, Amerika Serikat dan Uni Eropa.
Cina saat ini konsumen terbesar bijih besi, yang diterjemahkan menjadi produsen baja terbesar di dunia negara produsen. Itu juga merupakan importir terbesar, membeli 52% dari perdagangan yg berlayar di laut dalam bijih besi pada tahun 2004 [5]. Cina diikuti oleh Jepang dan Korea, yang mengkonsumsi sejumlah besar bijih besi mentah dan batu bara metalurgi. Pada tahun 2006, China memproduksi 588 juta ton bijih besi, dengan pertumbuhan tahunan sebesar 38%.
Pasar bijih besi
Selama 40 tahun terakhir, harga bijih besi telah diputuskan dalam negosiasi tertutup antara segelintir kecil dari penambang dan pembuat baja yang mendominasi baik spot dan pasar kontrak. Secara tradisional, kesepakatan pertama mencapai antara dua kelompok menetapkan patokan yang harus diikuti oleh seluruh industri. [2]
Sistem patokan telah Namun dalam beberapa tahun terakhir mulai memecah, dengan peserta sepanjang kedua permintaan dan rantai pasokan menyerukan pergeseran ke harga jangka pendek. Mengingat bahwa sebagian besar komoditas lain yang sudah memiliki sistem berbasis pasar harga dewasa, adalah wajar untuk bijih besi untuk mengikutinya. Meskipun pertukaran dibersihkan kontrak bijih besi swap yang telah dikembangkan selama beberapa tahun terakhir, ke-tanggal pertukaran tidak ada membangun pasar berjangka yang tepat untuk $ 88000000000 sebagian besar berlayar di laut perdagangan besi tahun bijih. [6] Untuk menjawab tuntutan pasar yang semakin meningkat untuk lebih transparan harga, sejumlah bursa keuangan dan / atau rumah kliring di seluruh dunia telah menawarkan swap bijih besi kliring. CME kelompok, SGX (Singapore Exchange), London Clearing House (LCH.Clearnet), NOS Group dan ICEX (India Komoditas Exchange) menawarkan semua dibersihkan swap didasarkan pada (TSI) Indeks Steel Data transaksi bijih besi.CME juga menawarkan swap berbasis Platts, di samping kliring menukar mereka TSI. ICE (Intercontinental Exchange) menawarkan pertukaran layanan berbasis Platts kliring juga.Pasar swap telah tumbuh cepat, dengan clustering likuiditas sekitar harga TSI itu. [7] Pada April 2011, lebih dari USD $ 5,5 miliar dolar senilai bijih besi swap telah dibersihkan harga dasar TSI.
Singapore Mercantile Exchange (SMX) telah meluncurkan besi dunia bijih kontrak global pertama berjangka, berdasarkan Bulletin Logam Indeks Bijih Besi (MBIOI) yang memanfaatkan data harga setiap hari dari spektrum yang luas dari peserta industri dan independen konsultasi baja China dan data penyedia Shanghai Steelhome yang kontak luas dasar produsen baja dan pedagang bijih besi di seluruh China [8].
Langkah ini mengikuti beralih ke berbasis indeks harga secara triwulanan oleh dunia tiga penambang bijih besi terbesar - Vale, Rio Tinto dan BHP Billiton -. Pada awal 2010, melanggar tradisi tahun 40-tahunan harga patokan [9]
[Sunting]
Deplesi
Cadangan bijih besi saat ini tampaknya cukup luas, namun ada juga yang mulai menunjukkan bahwa peningkatan eksponensial matematika terus menerus dalam konsumsi bahkan dapat membuat sumber daya ini tampak cukup terbatas. Bijih besi Misalnya, Lester Brown dari Worldwatch Institute telah menyarankan bisa habis dalam 64 tahun berdasarkan pada ekstrapolasi sangat konservatif pertumbuhan 2% per tahun [10].
[Sunting]
Pilbara deplesi
Geoscience Australia menghitung bahwa negara itu "sumber daya ekonomi menunjukkan" besi saat ini berjumlah sampai 24 gigaton, atau 24 miliar ton. Hal ini sedang digunakan sampai pada tingkat saat ini dari 324 juta ton per tahun. Pada tahun 1960 itu dilaporkan disebut "salah satu badan bijih yang paling besar di dunia" oleh Thomas Harga, kemudian wakil presiden AS yang berbasis perusahaan baja Kaiser Steel.
Menurut Biro Australia Ekonomi Pertanian dan Sumberdaya, bahwa sumber daya sedang digunakan sampai pada tingkat dari 324 juta ton per tahun, dengan harga diperkirakan akan meningkat selama tahun-tahun mendatang. Para ahli Dr Gavin Mudd (Monash University) dan Jonathon Hukum (CSIRO) berharap untuk dapat pergi dalam waktu 30 sampai 50 tahun (Mudd) dan 56 tahun (UU) [11].
Pada akhir 2010, penambang bijih besi terkemuka di kompleks Pilbara - Rio Tinto, BHP dan Fortescue Metals semua Grup mengumumkan investasi modal yang signifikan dalam pengembangan tambang yang ada dan infrastruktur terkait (rel, pelabuhan, pengiriman). Kolektif industri telah menyatakan tujuan untuk meningkatkan produksi sampai 1 Milyar ton per tahun pada tahun 2020.
[Sunting]
Smelting
Artikel utama: ledakan tungku dan bloomery
Bijih besi terdiri dari atom oksigen dan besi terikat bersama menjadi molekul. Untuk mengubahnya menjadi besi metalik itu harus dilebur atau dikirim melalui proses reduksi langsung untuk menghilangkan oksigen. Oksigen-besi ikatan yang kuat, dan untuk menghilangkan besi dari oksigen, ikatan unsur kuat harus disajikan untuk melampirkan oksigen. Karbon digunakan karena kekuatan ikatan karbon-oksigen lebih besar daripada ikatan besi-oksigen, pada suhu tinggi. Dengan demikian, bijih besi harus bubuk dan dicampur dengan kokas, harus dibakar dalam proses peleburan.
Namun, tidak sepenuhnya sesederhana itu, karbon monoksida merupakan bahan utama dari oksigen kimia pengupasan dari besi. Dengan demikian, peleburan besi dan karbon harus disimpan di sebuah negara oksigen (mengurangi) kekurangan untuk mempromosikan pembakaran karbon untuk menghasilkan CO tidak CO2.
Ledakan udara dan arang (coke): 2 C + O2 → 2 CO
Karbon monoksida (CO) adalah agen reduksi utama.
Tahap Satu: 3 Fe2O3 + CO → 2 Fe3O4 + CO2
Tahap Dua: Fe3O4 + CO → FeO + CO2 3
Tahap Tiga: FeO + CO → Fe + CO2
Kalsinasi kapur: CaCO3 → CaO + CO2
Lime bertindak sebagai fluks: CaO + SiO2 → CaSiO3
Unsur jejak
Dimasukkannya bahkan sejumlah kecil dari beberapa elemen dapat memiliki efek mendalam pada karakteristik perilaku batch dari besi atau operasi peleburan. Efek ini dapat menjadi keduanya baik dan buruk, beberapa serempak buruk. Beberapa bahan kimia yang sengaja ditambahkan seperti fluks yang membuat tanur yang lebih efisien. Yang lain akan ditambahkan karena mereka membuat besi lebih cair, lebih keras, atau memberikan beberapa kualitas yang diinginkan lainnya. Pilihan bijih, bahan bakar, dan fluks menentukan bagaimana berperilaku dan terak karakteristik operasional dari besi yang dihasilkan.Bijih besi Idealnya hanya berisi besi dan oksigen. Pada kenyataannya hal ini jarang terjadi. Biasanya, bijih besi mengandung sejumlah unsur yang sering tidak diinginkan dalam baja modern.
[Sunting]
Silikon
Silika (SiO2) hampir selalu hadir dalam bijih besi. Sebagian besar adalah slagged off selama proses peleburan. Pada suhu di atas 1300 °C beberapa akan berkurang dan membentuk paduan dengan besi. Para panas tungku, silikon lebih akan hadir dalam besi. Hal ini tidak jarang untuk menemukan sampai dengan 1,5% Si pada besi cor Eropa dari 16 ke abad 18.
Efek utama dari silikon adalah untuk mempromosikan pembentukan besi abu-abu. Gray besi kurang rapuh dan lebih mudah untuk menyelesaikan dari besi putih. Hal ini lebih disukai untuk casting tujuan untuk alasan ini. Turner (1900, hlm 192-197) melaporkan bahwa silikon juga mengurangi penyusutan dan pembentukan lubang sembur, menurunkan jumlah coran yang buruk.
[Sunting]
Fosfor
Fosfor (P) memiliki empat efek besar pada besi: peningkatan kekerasan dan kekuatan, temperatur solidus rendah, fluiditas meningkat, dan sesak dingin. Tergantung pada tujuan penggunaan untuk besi, efek ini baik atau buruk. Bijih rawa sering memiliki kandungan Fosfor tinggi (Gordon 1996, hal 57).
Kekuatan dan kekerasan dari besi meningkat dengan konsentrasi fosfor. 0,05% fosfor dalam besi tempa membuat sekeras baja karbon menengah. Besi fosfor yang tinggi juga dapat dikeraskan dengan memalu dingin. Efek pengerasan adalah benar untuk setiap konsentrasi fosfor. Fosfor lebih, semakin sulit menjadi besi dan lebih dapat mengeras dengan memalu. Pembuat baja modern dapat meningkatkan kekerasan sebanyak 30%, tanpa mengorbankan perlawanan shock dengan mempertahankan kadar fosfor antara 0,07 dan 0,12%. Hal ini juga meningkatkan kedalaman pengerasan akibat pendinginan, tetapi pada saat yang sama juga menurunkan kelarutan karbon dalam besi pada suhu tinggi. Hal ini akan menurun kegunaannya dalam pembuatan baja blister (sementasi), dimana kecepatan dan jumlah penyerapan karbon adalah pertimbangan utama.
Penambahan fosfor memiliki sisi bawah. Pada konsentrasi yang lebih tinggi dari besi 0,2% menjadi semakin dingin pendek, atau rapuh pada suhu rendah. Dingin singkat ini terutama penting untuk besi bar. Meskipun, bar besi biasanya bekerja panas, penggunaannya sering membutuhkan itu untuk menjadi tangguh, ditekuk, dan tahan terhadap kejutan pada suhu kamar. Sebuah kuku yang hancur ketika dipukul dengan palu atau roda kereta yang pecah ketika menabrak batu tidak akan menjual dengan baik. Konsentrasi yang cukup tinggi membuat setiap fosfor zat besi tidak dapat digunakan (Rostoker & Bronson 1990, hal 22).Efek dari sesak dingin diperbesar oleh suhu. Jadi, sepotong besi yang benar-benar berguna di musim panas, mungkin menjadi sangat rapuh di musim dingin. Ada beberapa bukti bahwa selama Abad Pertengahan yang sangat kaya mungkin memiliki pedang fosfor tinggi untuk musim panas dan pedang fosfor rendah untuk musim dingin (Rostoker & Bronson 1990, hal 22).
Hati-hati kontrol fosfor dapat sangat bermanfaat dalam casting operasi. Fosfor menekan temperatur likuidus, memungkinkan besi untuk tetap cair lebih lama dan meningkatkan fluiditas.Penambahan 1% dapat melipatgandakan jarak besi cair akan mengalir (Rostoker & Bronson 1990, hal 22). Efek maksimum, sekitar 500 °C, dicapai pada konsentrasi 10,2% (Rostocker & Bronson 1990, hal 194). Untuk pekerjaan pengecoran Turner merasa besi yang ideal telah fosfor 0,2-0,55%. Besi yang dihasilkan cetakan diisi dengan void yang lebih sedikit dan juga menyusut kurang. Pada abad ke-19 beberapa produsen besi cor besi dekoratif digunakan dengan fosfor hingga 5%. Fluiditas yang ekstrem memungkinkan mereka untuk membuat coran yang sangat kompleks dan halus. Tapi, mereka tidak bisa bantalan berat, karena mereka tidak memiliki kekuatan (Turner 1900, hlm 202-204).
Ada dua solusi untuk besi fosfor tinggi. Yang tertua, dan termudah, adalah menghindari. Jika Anda bijih besi yang dihasilkan dingin pendek, orang akan mencari sumber baru bijih besi. Metode kedua melibatkan oksidasi fosfor selama proses denda dengan menambahkan oksida besi. Teknik ini biasanya berhubungan dengan puddling pada abad ke-19, dan tidak mungkin telah dipahami sebelumnya. Misalnya Ishak Zane, pemilik Pekerjaan Besi Marlboro tampaknya tidak tahu tentang hal itu pada tahun 1772. Mengingat reputasi untuk menjaga Zane mengikuti perkembangan terbaru, teknik ini mungkin tidak diketahui oleh ironmasters Virginia dan Pennsylvania.
Fosfor adalah kontaminan merugikan karena membuat baja rapuh, bahkan pada konsentrasi sesedikit 0,6%. Fosfor tidak dapat dengan mudah dihapus oleh fluks atau peleburan, dan bijih besi sehingga umumnya harus rendah fosfor untuk mulai dengan.Pilar besi dari India yang tidak berkarat dilindungi oleh komposisi fosfat. Asam fosfat digunakan sebagai konverter karat karena zat besi fosfat kurang rentan terhadap oksidasi.
[Sunting]
Aluminium
Sejumlah kecil aluminium (Al) yang hadir dalam bijih banyak (sering sebagai tanah liat) dan batu gamping beberapa. Yang pertama dapat dihapus dengan mencuci bijih sebelum peleburan. Sampai pengenalan tungku batu bata berbaris, jumlah kontaminasi aluminium cukup kecil sehingga tidak memiliki efek pada baik besi atau bijih. Namun, ketika batu bata mulai digunakan untuk tungku dan bagian dalam blast furnace, jumlah kontaminasi aluminium meningkat secara dramatis. Hal ini disebabkan erosi lapisan tungku oleh cairan slag.
Aluminium sangat sulit untuk mengurangi. Sebagai akibat kontaminasi aluminium besi tidak menjadi masalah. Namun, hal ini meningkatkan viskositas terak (Kato & Minowa 1969, hlm 37 dan Rosenqvist 1983, hal 311). Hal ini akan memiliki sejumlah efek buruk pada operasi tungku. Terak tebal akan memperlambat turunnya biaya, memperpanjang proses.Aluminium tinggi juga akan membuat lebih sulit untuk menyadap dari terak cair. Pada ekstrem ini dapat menyebabkan tungku beku.
Ada sejumlah solusi untuk slag aluminium tinggi. Yang pertama adalah menghindari, jangan menggunakan bijih atau sumber kapur dengan kandungan aluminium tinggi. Meningkatkan rasio fluks kapur akan menurunkan viskositas (Rosenqvist 1983, hal 311).
Belerang
Sulfur (S) adalah kontaminan yang sering dalam batubara. Hal ini juga hadir dalam jumlah kecil dalam bijih banyak, tetapi dapat dihilangkan dengan kalsinasi. Belerang larut mudah dalam besi baik cair dan padat pada suhu peleburan besi hadir dalam. Efek bahkan sejumlah kecil sulfur yang segera dan serius. Mereka salah satu yang pertama dikerjakan oleh pembuat besi. Sulfur menyebabkan besi menjadi merah atau panas pendek (Gordon 1996, hal 7).
Besi pendek panas rapuh ketika panas. Ini adalah masalah serius seperti besi paling sering digunakan selama abad 17 dan 18 adalah bar atau besi tempa. Besi tempa dibentuk oleh pukulan berulang-ulang dengan palu selagi panas. Sepotong besi pendek panas akan pecah jika bekerja dengan palu. Ketika sepotong besi panas atau baja retak permukaan terbuka segera mengoksidasi. Lapisan oksida mencegah memperbaiki retak dengan pengelasan. Retak besar menyebabkan besi atau baja putus. Retak kecil dapat menyebabkan objek gagal selama penggunaan. Derajat sesak panas dalam proporsi langsung dengan jumlah yang hadir belerang. Hari besi dengan lebih dari 0,03% sulfur dihindari.
Besi pendek panas dapat bekerja, tetapi harus bekerja pada suhu rendah. Bekerja pada suhu yang lebih rendah membutuhkan lebih banyak usaha fisik dari smith atau forgeman. Logam harus dipukul lebih sering dan lebih sulit untuk mencapai hasil yang sama. Sebuah bar sedikit terkontaminasi belerang dapat bekerja, tetapi membutuhkan waktu lebih banyak dan usaha.
Dalam belerang besi cor mempromosikan pembentukan besi putih. Sesedikit 0,5% dapat menangkal efek dari pendinginan lambat dan kandungan silikon tinggi (Rostoker & Bronson 1990, hal 21). Besi cor putih lebih rapuh, tetapi juga lebih keras. Hal ini umumnya dihindari, karena sulit untuk bekerja, kecuali di Cina di mana belerang besi cor tinggi, beberapa sebagai tinggi sebagai 0,57%, dibuat dengan batubara dan kokas, digunakan untuk membuat lonceng dan lonceng (Rostoker, Bronson & Dvorak 1984, p 760).. Menurut Turner (1900, hlm 200), baik pengecoran besi harus kurang dari 0,15% belerang. Di seluruh dunia besi cor belerang yang tinggi dapat digunakan untuk membuat coran, tetapi akan membuat besi tempa miskin.
Ada sejumlah obat untuk kontaminasi belerang. Yang pertama, dan yang paling banyak digunakan dalam operasi sejarah dan prasejarah, adalah menghindari. Batubara tidak digunakan di Eropa (seperti Cina) sebagai bahan bakar untuk peleburan karena mengandung belerang dan karenanya menyebabkan besi pendek panas. Jika bijih logam singkat menghasilkan panas, ironmasters mencari bijih lain. Ketika mineral batubara pertama kali digunakan di tanur tiup Eropa di 1709 (atau mungkin sebelumnya), itu coked. Hanya dengan pengenalan ledakan panas dari 1829 adalah batubara mentah yang digunakan.
Sulfur dapat dihilangkan dari bijih dengan memanggang dan mencuci. Roasting mengoksidasi sulfur untuk membentuk sulfur dioksida yang baik lolos ke atmosfer atau dapat dicuci. Dalam iklim hangat adalah mungkin untuk meninggalkan bijih piritik dalam hujan. Tindakan gabungan dari hujan, bakteri, dan panas mengoksidasi sulfida untuk sulfat, yang larut dalam air (Turner 1900, hlm 77). Namun, secara historis (setidaknya), besi sulfida (pirit besi FeS2), meskipun mineral besi umum, belum digunakan sebagai bijih untuk produksi logam besi. Alami pelapukan juga digunakan di Swedia. Proses yang sama, pada kecepatan geologi, hasil dalam bijih limonit gossan.
Pentingnya melekat pada besi sulfur rendah ditunjukkan oleh harga secara konsisten lebih tinggi dibayar untuk besi Swedia, Rusia, dan Spanyol dari abad 16 hingga 18. Belerang saat ini tidak lagi masalah. Obat modern adalah penambahan mangan.Tapi, operator harus tahu berapa banyak sulfur dalam besi karena setidaknya lima kali lebih mangan harus ditambahkan untuk menetralkan itu. Beberapa besi bersejarah menampilkan tingkat mangan, tetapi kebanyakan jauh di bawah tingkat yang diperlukan untuk menetralisir belerang (Rostoker & Bronson 1990, hal 21).