Le fer médiéval

Météorite ferreuse de Hoba

Distinctions

• Les minerais à hématite : l'espèce dominante est l'oligiste ou l'hématite rouge. Ils sont généralement rocheux ou pulvérulents, à perte au feu très faible, souvent fragiles, et présentant une porosité non négligeable. Il est à remarquer que c'est sous une dénomination très semblable que l'on a coutume d'appeler les minerais à faible teneur en phosphore. On dit dans ce cas les « minerais hématites ».
• Les minerais à magnétite : ils présentent souvent un gain au feu. Ils sont habituellement durs, massifs, compacts.
• Les limonites, fragiles, scoriacées, poreuses, à forte perte au feu.
• Les sidéroses : massifs, compacts, durs, non poreux, ces minerais présentent une perte au feu considérable ordinairement accompagnée d'une fragilisation et même d'une désagrégation du produit.

On utilise parfois des combinaisons de ces termes pour définir des minerais à plusieurs phases ferrifères de même importance.

Classements

Par rapport à leur teneur en fer, les minerais sont classés en :
• minerais pauvres : Fe ≤ 30 %
• minerais moyens : 30 % < Fe < 50 %
• minerais riches : Fe > 50 %

La teneur en fer élémentaire des principaux minéraux de fer varie dans des limites typiques :
• magnétite : Fe = 50 - 67 %
• hématite : Fe = 30 - 65 %
• limonite : Fe = 25 - 45 %
• sidérite : Fe = 30 - 40 %

Les minerais de fer extraits de la terre sont le plus souvent en masses ou en fragments. Les masses rarement pures sont mélangées aux matières de la gangue et les fragments souillés de différentes terres. Il faut séparer la gangue avec le marteau et les terres par le lavage

Les préparations mécaniques comprennent le cassage ou bocardage, le triage et le lavage.

Espèces de minerais

Nous avons en général deux espèces de minerais de fer : l'une en masses compactes dites mines grosses, l'autre en grains plus ou moins gros, dites mines menues ou minettes.

Les mines grosses, en pierres ou en roches, sont ou pures ou sulfureuses, ou quartzeuses, ou spathiques ou terreuses : les mines pures, c'est-à-dire qui ne contiennent rien au-delà de la substance métallique, n'ont besoin pour être admises au fourneau, que d'être brisées, au sortir de la minière, en morceaux. Il est nécessaire de griller, concasser et laver les minerais sulfureux ou mélangés à d'autres substances. Les mines grosses, purement terreuses c'est-à-dire qui sont enveloppées et qui renferment dans leurs cavités des parties terreuses, n'ont besoin que des dernières opérations sans être grillées.

Les mines menues ou minettes sont en grains globuleux ou déprimés, détachés ou en masse, agglutinés par un peu de spath ou empâtés dans des terres ; les filons ou les amas de ces mines sont environnés ou traversés par des lits de sable, de glaise, de pétrifications ou de castine dont la séparation ne peut se faire que par un lavage approprié. Il est aussi une espèce de minerai qui est composé de mines grosses et de mines menues réunies, plus ou moins mélangées de matières hétérogènes.

En effet, il serait ruineux de fondre ensemble les minerais stériles et les bons ; toutes les dépenses seraient perdues, car ce qui découle des terres et des pierres produit des scories pauvres et inutiles et les concrétions empêchent la fusion du métal qui se perd. Pour être soumis au feu, les minerais doivent être préparés dans l'état le plus pur possible, afin d'écarter de leurs masses des corps étrangers qui absorberaient vainement une partie de la chaleur.

Récupération du minerais

Pour récupérer le fer du minerai : on utilise les minerais composés de fer sous forme d'oxydes entouré de gangue.

1. Cassage des pierres
2. Chauffage pour évacuer la gangue.
3. Combustion d'un combustible qui fournit le gaz qui va extraire l'oxygène de l'oxyde de fer.
4. Mise en œuvre
5. Nettoyer le minerai (le minerai de fer est de l'oxyde de fer ; plusieurs oxydes sont possibles)  de tout ce qui s'enlève facilement : terre, argile, calcaire ,,..
6. Briser en morceaux de 1à 2cm.
7. Les moyens de mise en température sont charbon de bois +soufflage d'air.
8. Les températures ne permettent pas la fusion du fer, mais seulement son enrichissement en fer.
9. On va obtenir le « squelette » du minerai, lorsqu'on a retiré la gangue et l'oxygène de l'oxyde de fer.

Bas Fourneau

En « simple » : 

Verticalement on monte un tube de briques et argile.
En bas un trou bouché par de l'argile.
Au dessus de ce trou bouché, un trou pour insérer un souffle.
On charge de charbon de bois et on allume , on fait bien brûler et on souffle de l'air pour monter en température.
Ensuite on ajoute petit à petit minerai et charbon de bois, et on souffle au maximum pour les températures maximales.
On continue comme ça.
A la fin, on ouvre le trou du bas : de la roche fondue s'écoule.
Pour le reste, on laisse refroidir pour démolir.
On récupère du fer, plus ou moins incrusté d'impuretés.

Au cours des opérations suivantes on va « nettoyer »  le fer principalement par forgeage et le compacter, puis le mettre en forme.
La production quotidienne fournit seulement quelque kilos de fer.

On « améliore » l'acier au cours du forgeage par des enrichissements superficiels en carbone.
Les replis donneront des aciers damassés.

On a la preuve que la production du fer par la méthode directe de réduction, dans des bas fourneaux débute environ 1000 ans avant l'ère chrétienne au Moyen-Orient. Cette technique se diffuse ensuite vers le Nord au centre de L'Europe par le Caucase et vers l'Ouest, à travers les Balkans vers l'Italie et l'Espagne.
500 av. J.-C., le fer est un métal commun au Nord des Alpes alors que les premiers objets en fer atteignent seulement les îles britanniques et la Scandinavie. À la période gallo-romaine, la réduction du fer était bien maîtrisée dans toute l'Europe.
Au cours du haut Moyen Âge, la qualité des produits forgés atteint des sommets. Aux Pays-Bas, vers 1480, apparaissent dans la vallée de la Meuse les premiers haut-fourneaux qui supplantent les bas fourneaux et font baisser considérablement le prix du fer (les haut-fourneaux étaient utilisés depuis plus de deux mille ans en Chine).