Géologie / Réduction de minerai.

[cherallier]

Bonjour,
J'ai quelques questions pour des spécialistes. Je travaille actuellement (en archéologie) sur le signalement d'un site de réduction de minerai de fer et j'essaie de le positionner dans le temps par divers critères: Age du Fer / Antiquité difficile à déterminer lorsqu'il n'y a pas beaucoup d'éléments extérieurs. L'environnement ne m'aide pas beaucoup car à quelques centaines de mètres alentours, il y a de l'occupation Proto-historique et Antique ! Du coup j'essaie de me rabattre sur quelques échantillons de scories que j'ai trouvées. Mon inculture géologique me fait venir frapper à la porte ici.
Pour ne pas mélanger les genres je vais poser plusieurs questions.
Les premières avec cette photo.
Ces scories viennent sûrement d'un réduction de minerai de fer mais ! Est-ce normal qu'elles ne réagissent pas l'aimant ? Il n'y a pas la moindre particule ou trace de fer ? c'est du déchet de réduction un point c'est tout ?
Une autre question sur ces mêmes échantillons certains sont plus denses (lourds) que d'autres quasiment à volume égal, c'est pour cela que je m'interroge sur la présence ou non de résidus ferreux.
J'ai encore d'autres échantillons et questions. Je prépare les photos.
Merci !
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[cherallier]

Un autre échantillon un peu différent (comme quelques autres). Parmi les scories que j'ai ramassées, certaines sont assez lourdes (en proportion des autres) et présentent des faces assez brillantes. Cela pourrait ressembler à de la Marcassite (!?). Sur cette photo, ce n'est pas un effet de lumière, elle brille avec certains éclats bleutés. Dans la mesure où on pourrait être sur une période proto-historique pourrait-il s'agir de traces de cuivre ou de bronze ? La marcassite pourrait-elle entrer dans la composition d'une réduction ? si oui quel intérêt, quel rôle ?
Une autre photo et question en préparation à venir.

[cherallier]

Dernier échantillon qui m'interpelle aussi: tout petit, d'aspect verdâtre, j'y vois pas de la réduction de fer et je me pose la question (ce n'est pas à exclure) de savoir s'il n'y a pas pu y avoir sur un site "ferreux" une autre activité liée au verre !? Qu'en pensez-vous ? Une réduction de fer peut-elle entrainer une telle vitrification ?
Merci pour vos réponses.

[Tawahi-Kiwi]

Salut,

Mon inculture géologique me fait venir frapper à la porte ici.

A mon avis, ce sujet aura plus de chance dans le sous-forum de chimie, car s'il s'agit de scories, il y a plus de connaisseurs en metallurgie qu'en geologie.

Ces scories viennent sûrement d'un réduction de minerai de fer mais ! Est-ce normal qu'elles ne réagissent pas l'aimant ? Il n'y a pas la moindre particule ou trace de fer ? c'est du déchet de réduction un point c'est tout ?
Une autre question sur ces mêmes échantillons certains sont plus denses (lourds) que d'autres quasiment à volume égal, c'est pour cela que je m'interroge sur la présence ou non de résidus ferreux.

Des echantillons ferreux non magnetiques, oui, c'est possible. l'austenite n'est pas magnetique. Donc, des fontes riche en carbone, peut etre je ne sais pas.
Maintenant concernant les echantillons, peut etre sont ils completement reoxydes/hydrates en hematite/goethite, auquel cas plus de phase metallique, plus d'oxydes reduits, etc....et plus de magnetisme.
Une mesure de densite (vu que ces echantillons ont l'air assez massif) peut aider a faire une identification. Goethite: ~4, Hematite, Magnetite: ~5, fonte: ~7, Fer: ~8.

L'autre option (as-toi de me dire si c'est possible) est que ces echantillons soient le minerai et non un residu. La goethite c'est quand meme 63 wt.% de fer, donc c'est un minerai correct, et l'apparence de ces echantillons fait penser a de la goethite naturelle botryoidale. Je ne trouve malheureusement pas de photo illustrative sur le net. les rognons d'hematite (kidney ore) sur Google Image sont une peu trop esthetiquement plaisant pour trouver une similitude avec ces echantillons mais l'idee y est.

Cela pourrait ressembler à de la Marcassite (!?). Sur cette photo, ce n'est pas un effet de lumière, elle brille avec certains éclats bleutés. Dans la mesure où on pourrait être sur une période proto-historique pourrait-il s'agir de traces de cuivre ou de bronze ? La marcassite pourrait-elle entrer dans la composition d'une réduction ? si oui quel intérêt, quel rôle ?

La marcasite (ou la pyrite) comme minerai de fer, c'est possible mais c'est pas top. Dans la metallurgie, a mon avis, les sulfures sont un truc a eviter quand on a des oxydes a disposition donc je vois mal comment la marcasite serait utilisee dans le procede.
Neanmoins, les reflets bleutes ne sont pas typique des sulfures de fer (pyrite, marcasite, pyrhotite). Par contre la specularite (une variete grise-metallique de l'hematite) pourrait avoir cet aspect. Suivant les regions, la forme gris-metallique de l'hematite peut etre tres courante. A nouveau, je reste hesitant s'il s'agit d'une scorie ou d'un minerai.

Si ca ne tenais qu'a moi (en tant que petrologue), je ferais des sections polies dans ces trucs pour identifier les phases minerales et/ou metallique

Dernier échantillon qui m'interpelle aussi: tout petit, d'aspect verdâtre, j'y vois pas de la réduction de fer et je me pose la question (ce n'est pas à exclure) de savoir s'il n'y a pas pu y avoir sur un site "ferreux" une autre activité liée au verre !? Qu'en pensez-vous ? Une réduction de fer peut-elle entrainer une telle vitrification ?

Ce coup-ci, c'est une scorie pas de doute
Pour moi, cela ressemble a un laitier, la couche essentiellement silicatee (sterile+residu en fusion+fondant) qui se forme au dessus de la coulee de fonte. Suivant le refroidissement, elle peut se solidifier sous forme de verre. La couleur verte est soit liee a la presence de fer (2+) ou par effet Tyndall (microparticules dans le verre qui diffusent la lumiere).

T-K

[A voir en vidéo sur Futura]

[cherallier]

Bonjour T-K,
Merci pour tes réponses toujours intéressantes et complètes. Je vais essayer de reprendre un peu tes questions.

- Il n'est pas exclu qu'il y ait des scories et un peu de minerai dans mes échantillons. L'an dernier à environ 800m de ce site, j'ai déjà trouvé une autre site métallurgique qui lui effectivement présentait plusieurs matériaux. Des scories comme ma première photos, on voit nettement des coulures de matières ayant subi une forte chaleur et sur cet autre site aussi, j'avais eu la chance que l'agriculteur creuse un fossé de drainage et il était passé en plein milieu d'un tas de minerai brut à un stade de préparation qu'on appelle nettoyage/débourrage. Le minerai naturel est lavé pour enlever un maximum de terre et d'impuretés avant de passer dans le bas fourneau. J'avais donc deux zones avec deux stades différents dans le traitement du fer : avant et après réduction.
Pour ce cas présent, tout est mélangé et bien cassé après plus de 2000/2500 ans de labours et machines agricoles et réparti sur environ 300 M2 .

-Pour mes échantillons et j'en ai presque à volonté, des kilos sur le terrain, je vais suivre ton conseil et faire quelques coupes. Habituellement en archéo, on apporte aucune modification sur les objets découverts mais là, j'en ai beaucoup, il s'agit de déchets et je peux donc en sacrifier quelques uns pour pouvoir au moins argumenter sur ce que c'est dans mon rapport.
J'aurai bien aimé tomber sur un site bronzier mais là manifestement la technique n'est pas la même le bronze se chauffe en creuset et se coule dans des moules mais pas le fer traité en bas-fourneau, il en sort des loupes qui partent ensuite en forge (à cette époque).
Merci ! (si tu veux basculer le sujet en chimie, pourquoi pas, toute information complémentaire sur le sujet m'intéresse. )

[Tawahi-Kiwi]

(si tu veux basculer le sujet en chimie, pourquoi pas, toute information complémentaire sur le sujet m'intéresse. )

Ok, je transferre en Chimie; en considerant qu'il s'agit de scories, tu auras sans doute des reponses plus pertinentes.

T-K

[moco]

Bonjour,
Ce serait intéressant de faire une analyse chimique de ces échantillons. L'ennui, c'est que l'analyse les détruit, car on commence par les dissoudre dans de l'acide, puis on dose le fer ferreux et le fer ferrique, et éventuellement d'autres éléments. C'est un travail sans difficulté particulière, que je faisais de temps en temps avec mes élèves. La marcassite est plus difficile à analyser car c'est un sulfure et il faut la calciner et doser le soufre. Mais c'est faisable.

[cherallier]

Bonjour,
Ce serait intéressant de faire une analyse chimique de ces échantillons. L'ennui, c'est que l'analyse les détruit, car on commence par les dissoudre dans de l'acide, puis on dose le fer ferreux et le fer ferrique, et éventuellement d'autres éléments. C'est un travail sans difficulté particulière, que je faisais de temps en temps avec mes élèves. La marcassite est plus difficile à analyser car c'est un sulfure et il faut la calciner et doser le soufre. Mais c'est faisable.

Bonjour,
Merci pour ces précisions. J'ai proposé la marcassite mais ce n'est qu'une suggestion de néophyte en géologie (et chimie !). Si effectivement c'est de la marcassite (ou autre) a-t-elle une fonction spécifique dans la réduction (accélérateur...) ?
La destruction des échantillons ce n'est pas trop grave dans ce cas précis. Ce sont des déchets, il y en a beaucoup et on ne va en garder que quelques uns. Je vais voir, je suis en contact avec une étudiante doctorante en archéo qui travaille pour sa thèse sur les sites métallurgiques du Moyen-Age. Mon site en question est plus ancien (proto-historique ou Antique) mais elle sera peut-être intéressée d'avoir des échantillons pour des comparatifs et elle a peut-être un labo. Mon problème dans ce genre d'opération c'est que je suis un bénévole et donc le budget est égal à 0€.
Après ce n'est pas non plus une priorité, c'est simplement un plus lorsque je rédigerais mon rapport de signalement en fin d'année de pouvoir apporter des précisions techniques et spécifiques à ce genre de site métallurgique.
Merci.

[moco]

Bonsoir,
Si tu veux je te fais ces analyses de fer, sans frais. Ecris-moi un message en privé.

[Tawahi-Kiwi]

Ce serait intéressant de faire une analyse chimique de ces échantillons.

Perso (c'est mon approche mineralogique, donc dans le forum de chimie c'est moins en vogue ), je commencerais pas une analyse mineralogique, parce que si c'est naturel, ou scories bien oxydees; un melange dans le systeme Fe-O-S-C-H ne va pas etre tres informatif au niveau Fe²⁺/Fe³⁺ sans savoir de quoi il s'agit en premier lieu (alors que la presence de fer natif, wustite, fayalite, etc.), meme en quantite infime, confirmerait la nature artificielle de l'echantillon, et jusqu'a un certain point, son mode de formation, qui pourrait etre affine avec une analyse chimique.

Donc 1. mesure de densite (par immersion)
- si c'est entre 3,5 et 5, c'est probablement un melange d'oxydes (hematite, goethite, lepidocrocite, maghemite etc.) (sans la presence de phase moins denses)
- si c'est aux alentours de 5 (melange d'oxydes et/ou sulfures)
- si c'est superieur a 5,5, c'est tres probablement artificiel
- si c'est inferieur a 3,5, c'est potentiellement plus complique pour determiner si c'est naturel ou artificiel

2. traces sur porcelaine depolie
- si c'est rouge, c'est de l'hematite
- si c'est brun-orange, c'est de la goethite
- si c'est brun sombre, c'est de la magnetite (et la poudre est egalement magnetique)
- si c'est gris-noir (parfois vedatre ou brunatre), c'est un sulfure (pyrite, marcasite, pyrrhotite)
- si c'est gris, c'est du fer (en excluant d'autres possibilites evidemment).

3. surface polie (couper, puis polir la surface en passant progressivement a des abrasifs plus fin, finir avec un grain superieur a 1200)
- si c'est brun, rouge, orange, ce sont des ox(hydrox)ydes ferriques (hematite, goethite, etc.)
- si c'est gris metallique-rougeatre (c'est subtil), ca peut etre une variete metallique d'hematite
- si c'est brun a noir, c'est probablement de la magnetite (d'autres options non ferreuses existent evidemment)
- si c'est metallique dore, c'est un sulfure de fer (assez dore, legerement verdatre: pyrite, marcasite; dore, un peu plus bronze: pyrrhotite)
- si c'est metallique gris et ressemble a du fer, c'est probablement du fer

Pour des densites inferieures a 3,5, ou pour une analyse mineralogique complete, il faut passer a une section polie, qui demande plus de travail et d'experience.

Si ca ne colle pas avec tout ca (densite trop elevee, presence de fer (meme infime), associations etranges, etc.) alors l'analyse de fer peut aider (mon approche serait plus de la diffraction X, mais on n'a pas toujours ca sous la main ).

Si une analyse de fer isolee de Fe_tot est au dela de 69-72 wt.% ou que Fe²⁺/Fe_tot est superieur a 33mol.% pour une echantillon de densite superieure a 4,5 (excluant donc des phases comme la siderite ou la fayalite), alors c'est artificiel. Sinon, cela reste indetermine et necessite un examen plus approfondi.

T-K

[cherallier]

Bonjour,
Merci pour vos réponses, je ne voulais pas en arriver jusqu'à là dans mes questions. Un travail de laboratoire entre davantage dans l'étude complète d'un site et ce n'est pas vraiment mon rôle, je me contente de signaler la position d'un site (GPS), je fais une cartographie, des photos naturellement et un descriptif (c'est là où je pêche techniquement), quelques prélèvements de surface pour le cas où les instances décident de mandater quelqu'un précisément sur ce site. Les échantillons peuvent donner le départ à des études plus poussées tant du côté géologique, chimique et archéologique bien sûr. Je survole également l'environnement géographique et historique du site. Pour ce cas précis par exemple, l'an dernier à environ 800m j'avais déjà trouvé un site métallurgique, il y a une voie romaine qui passe aussi à moins de 500 m et surtout sur l'emprise du même domaine agricole se trouve un enclos fossoyé attesté depuis l'Age du Bronze => Age du Fer et enfin Antique avec une occupation de cet enclos par une troupe romaine, le tout matérialisé par du mobilier archéologique.
Ma "mission" consistant à synthétiser cela et à transmettre au Service Régional de l'Archéologie qui enregistre les infos et selon les circonstances (+€ ?!) décidera s'il faut étudier ce site en détail et donc lancera (financera) une étude technique plus poussée avec les opérations que vous avez annoncées et proposées. Ces opérations seront menées par des archéologues qui se feront assister par des géologues et/ou labo spécialisés.
Je reste humblement au niveau de la structure de surface et de son environnement, simplement dans mon rapport de fin d'année j'essaie de mettre quand même quelques détails techniques ce que vous avez bien voulu me donner. Un grand merci !
Merci T-K pour tes précisions toujours riches et intéressantes.
Merci Moco pour ta proposition d'analyse !
J'envisage de mettre une petit coup de meule dans un ou deux échantillons histoire de voir une section de coupe "moderne" et peut-être d'avoir un autre regard sur la nature de ces déchets ou matériaux. Je mettrais quelques photos ici pour compléter si je n'abuse pas trop du Hors-Sujet en Chimie.
Bonne fin de journée

[emirramir]

Avec un tel scénario, les solutions doivent être drastiques et rapides. Nous devons changer la façon dont nous consommons et la façon dont nous acquérons nos produits. Cependant, les responsables de cette catastrophe, les entreprises qui fabriquent, vendent et distribuent ces conteneurs à usage unique (avec l'autorisation des administrations), montrent peu ou pas d'intérêt à réduire la pollution qu'ils provoquent.

[cherallier]

Bonjour à tous,
Un petit up pour signaler quelques réponses techniques que j'ai obtenues.
J'ai sollicité une archéologue étudiante doctorante en métallurgie concernant mes scories. Elle est plus spécialisée dans la période du Moyen-Age et des hauts fourneaux mais elle connait bien la réduction en général et les bas fourneaux aussi.
Donc je résume rapidement : j'avais deux types de scories assez différentes sur un site protohistorique/antique lié à un four métallurgique.
En fait c'est assez simple pour justifier la nature différente de ces deux scories au même endroit.
- Il y a des scories très légères, noires, avec bulles de gaz : ce sont les scories de surface qui surnagent la loupe de fer recherchée dans la réduction, un peu comme de l'écume qui se solidifierait en refroidissant.
- Les scories plus lourdes sont celles qui se retrouvent au fond du foyer, elles ont aussi des bulles de gaz (j'en ai coupé une en 2) elles contiennent des impuretés (+ lourdes) et donc se trouvent en dessous de la masse de fer (loupe) préparée. Ces scories bien que lourdes, ne réagissent pas forcément à l'aimant.
J'ai mes réponses, merci.