Het produceren van ijzer uit moerasijzererts en klapperstenen

Experiment ijzerproductie op de Veluwe

Afbeelding 1. Moerasijzererts

Afbeelding 2. Klapperstenen

Smeedijzer uit ijzererts produceren is niet zo gemakkelijk. Om het proces te verduidelijken, moet eerst iets meer over het erts verteld worden. Dit bestaat in de meeste gevallen hoofdzakelijk uit ijzer(hydr)oxiden en siliciumdioxide. Daarnaast kunnen we er onder andere nog kleinere hoeveelheden calcium, mangaan, aluminium en zwavel in tegenkomen. Het proces 'van ijzererts tot ijzer' komt eenvoudig gezegd op het volgende neer. Allereerst moet het erts geroosterd (verhit) worden waardoor onder andere vocht en zwavel kunnen ontsnappen. Dit roosteren gebeurt in een open vuur. Na het roosteren moet het erts eerst afkoelen en dan wordt het in kleine stukjes geslagen (afbeelding 3). 

Afbeelding 3. Het moerasijzererts is klaar om te roosteren (links). Tijdens het roosteren wordt het vuur met blaaspijpen van extra lucht voorzien om beter te branden (midden). De geroosterde brokken moerasijzererts worden in stukjes gehakt (rechts).

Vervolgens gaat het de lemen oven in. Deze oven is al eerder opgebouwd en goed drooggestookt. Bij het winproces wordt beurtelings en met tussenpozen erts en houtskool in de oven gestort. Steeds als deze mix weer in de oven is weggezakt, wordt een nieuwe hoeveelheid toegevoegd (afbeelding 4 + 5). 

Afbeelding 4. De oven met de blaasbalgen (boven links), het in stukjes geslagen en geroosterde moerasijzererts (boven rechts) en de in kleine stukjes houtskool (onder).

Afbeelding 5. In de oven worden beurtelings erts en houtskool gestort. Met blaasbalgen wordt extra lucht toegevoerd om het vuur harder te laten branden en een grotere hitte te krijgen.

De houtskool die bij dit proces wordt gebruikt, wordt uit hout gewonnen in zogenaamde houtskoolmeilers (afbeelding 6 + 7). Zo’n houtskoolmeiler bestaat uit een grote stapel van stukken hout. Die dekt men luchtdicht af. In de meiler zitten enkele luchtgaten die afgesloten kunnen worden. Als deze constructie klaar is, wordt de meiler aangestoken. In het begin wordt via de luchtgaten voldoende lucht toegevoerd om de verbranding goed op gang te brengen en om de temperatuur in de meiler op te laten lopen. Als de juiste temperatuur bereikt is, worden de luchtgaten en daardoor de zuurstoftoevoer afgesloten. Met teveel zuurstof zou het hout namelijk verbranden en dat wil men juist niet. Het hout moet namelijk alleen maar verkolen. Tijdens dit stookproces van meerdere weken wordt het verkolen in de meiler gereguleerd via de luchtgaten. Na voltooiing van het proces laat men de houtskoolmeiler afkoelen. Daarna wordt de deklaag verwijderd en komt de houtskool vrij.

Afbeelding 6. Het bouwen van een houtskoolmeiler (links). In de meiler verandert het hout door onvolledige verbranding in houtskool. In de linker hoop is dat proces gaande. De rechter hoop is kant en klare houtskool (rechts).

Afbeelding 7. Het openen van de meiler. De houtskool is goed te zien (boven). Enkele stadia van het proces van hout tot houtskool (onder).

In die oven moeten twee dingen gaan gebeuren. Het ijzer komt in het erts als een verbinding met zuurstof voor in de vorm van ijzeroxide. Die zuurstof moet eerst van het ijzer ‘losgekoppeld’ worden. Om de zuurstof te kunnen loskoppelen en te laten ontsnappen, wordt houtskool gebruikt. De zuurstof gaat dan een nieuwe verbinding aan met de koolstof uit de houtskool en die ontsnapt als koolmonoxide en kooldioxide. De houtskool is dus niet alleen maar brandstof. Dan volgt het smelten. Het ijzer in het erts heeft een hoger smeltpunt dan het siliciumdioxide (kiezelzuur) en de andere erin voorkomende stoffen. Het siliciumdioxide en de andere stoffen zullen dus op een gegeven moment smelten en als 'slak' uit de oven wegstromen (afbeelding 8) waardoor alleen het ijzer in de oven achterblijft. De ideale temperatuur in de oven ligt rond de 1125 graden Celsius.

Afbeelding 8. De slak drupt aan de onderkant uit de oven (links). Stukken slak (oud) uit een ijzeroven. De stroompatronen zijn goed te zien (rechts).

Het hele stook- en smeltproces kan een hele dag in beslag nemen. Vervolgens moet de oven afkoelen waarna de door het winproces ontstane sponzige ijzermassa uit de oven gehaald kan worden (afbeelding 9). Deze sponzige ijzermassa staat bekend als 'wolf' of 'loup'. Deze wolf is nog niet geheel zuiver; er zitten nog verontreinigingen in. Deze moeten verwijderd worden door opnieuw verhitten en hameren. Van het eindproduct konden dan voorwerpen gesmeed worden.

Afbeelding 9. De wolf wordt uit de oven gehaald.

Naast deze methode bestaan er procédés waarbij het ijzererts in zijn geheel vloeibaar gemaakt wordt om het ijzer van het restgesteente te kunnen scheiden. Dit gebeurt in zogenaamde hoogovens. Hoogovens kwamen echter pas vrij laat in de geschiedenis in zwang. De slakken die bij dit proces ontstonden, zien er heel anders uit dan de slakken die we van de meer primitieve smeedijzeroventjes kennen.

Tekst en foto's: Jan Weertz