Dzisiaj pręty zbrojeniowe, kątowniki, teowniki, blachy i rury to produkty bez których gospodarka nie byłaby w stanie funkcjonować. Nie inaczej było setki lat temu, ale w mniejszym stopniu. Żelazo od dawna miało znaczenie ekonomiczne. Badania archeologiczne prowadzone w Egipcie odkryły płytę żelazną umieszczoną pod bandażami na czole jednego z faraonów. W 1925 roku archeolog Howard Carter znalazł obok mumii Tutanchamona dwie szable: jedną z ostrzem złożonym z złota i żelaza [1]. Przedstawione przypadki pozwalają nam sądzić, że władcy starożytnego Egiptu już wtedy uważali żelazo za cenny surowiec. Często pozyskiwano je wtedy z meteorytów. Już w trzecim tysiącleciu p.n.e. znane były wyroby z żelaza pochodzenia ziemskiego. Zdolność do produkcji żelaza dotarła do Europy około X wieku p.n.e. W rejonach zamieszkałych przez Etrusków (obecna północna Włochy) istniało wiele ośrodków produkcji żelaza w VI wieku p.n.e. Okres od 750 p.n.e. do 500 p.n.e. nazywany jest okresem halsztackim, pochodzącym od wioski Hallstadt w Alpach, gdzie odkryto cmentarz zawierający wyroby z żelaza. W tym okresie miało miejsce zbliżenie między kulturami tzw. barbarzyńskiej Europy a starożytną cywilizacją [2]. Produkcja żelaza dotarła z obszarów obecnych Włoch do ziem obecnej Polski około 700-500 p.n.e. [3]. Materiał z wykopalisk archeologicznych pozwala sądzić, że już w V wieku p.n.e. wytwarzano produkty z miejscowych złóż żelaza na terenie dzisiejszej Polski. Rozprzestrzenianie się kultury celtyckiej towarzyszyło innemu okresowi epoki żelaza, zwanej okresem lateńskim (nazwa pochodzi od stanowiska archeologicznego w La Tène w Szwajcarii), która trwała od 400 p.n.e. do początków naszej ery. W tym okresie w Polsce żelazo było już powszechnie wytapiane z rudy w regionie Dolnego Śląska i w Górach Świętokrzyskich. Głównie używano łatwopłonnych rud bagiennych wydobywanych z odkrywkowych kopalń. Wówczas proces wydobycia rudy i jej przeróbki nie były jeszcze oddzielone, dlatego nie można było rozróżnić zawodu górnika rudy i kowala. Do wytapiania używano prostych pieców jednorazowego użytku zwanych wielkami piecami. Aby przetworzyć żelazo na broń i narzędzia, stosowano metodę wielokrotnego przetopienia i przekuwania, usuwając niepotrzebne żużle [4]. Wytapianie prowadzone było ręcznie za pomocą miechów [3]. Wydajność procesu wytapiania nie była imponująca. Z około 10 kg rudy żelaza i taką samą ilością węgla drzewnego uzyskiwano około 1 kg tzw. łupka żelaznego, który wciąż wymagał dalszej obróbki. Początek naszej ery to dominacja Europy przez Cesarstwo Rzymskie. W produkcji żelaza ten okres nazywany jest okresem rzymskim lub wpływów rzymskich. Okres ten trwał do IV wieku n.e. Wydobycie rudy żelaza było istotne. Pierwsza kopalnia głęboka powstała w Rudnikach na terenie dzisiejszej południowej Polski, gdzie wydobywano hematyt. Kopalnia korzystała z drewnianych obudów, kołowrotów i pionowych szybów o głębokości nawet 36 m [2, 3]. W okresie wpływów rzymskich doszło do rozwoju produkcji żelaza na terenie dzisiejszej Polski. Prawdopodobnie wynikało to z możliwości sprzedaży żelaza do prowincji rzymskich. Wówczas produkcja żelaza nadal odbywała się przy użyciu wielkich pieców i ręcznych miechów. W kolejnym etapie, określanym jako okres wędrówek ludów (do 600 n.e.), przemysł związany z wydobyciem żelaza i jego obróbką upadł. Możliwe, że barbarzyńskie plemiona przybyłe ze wschodu przyczyniły się do zniszczenia tego przemysłu. Jednak analiza żużla wytapianego z żelaza w okresie panowania pierwszych władców Polski – Mieszka I i Bolesława Chrobrego – pozwala sądzić, że przemysł wydobycia żelaza i metalurgii żelaza były obecne w Polsce na przełomie IX i X wieku n.e. W okresie średniowiecza wydobycie żelaza w Polsce nie było uważane za regalie górnicze, czyli nie wymagało zgody władcy [5].
W średniowieczu, około XIII wieku, nastąpiła istotna zmiana w produkcji żelaza. Zaczęto wykorzystywać energię przepływającej wody do dmuchania w wielkich piecach i kucia. Od tego czasu zakłady produkujące żelazo zaczęto nazywać hutami żelaza, co spowodowało wzrost efektywności produkcji żelaza. Wielkie piece ręczne były używane przez wiele lat, ale stopniowo je zastępowano. Huty żelaza produkowały 50 kg żelaza dziennie, co przekładało się na zużycie ponad 60 ton rudy żelaza rocznie [3]. Wówczas już nie wystarczały rud żelaza bagienne, więc ludzie zaczęli eksploatować rudy wstęgowe i gniazdowe za pomocą górniczego wydobycia podziemnego. Podczas panowania Jagiellonów w Polsce, od XIV do XVI wieku, zapotrzebowanie na żelazo rosło, ponieważ było potrzebne do produkcji broni, narzędzi rolniczych czy elementów budowlanych. Niestety, wzrost liczby hut żelaza miał negatywny wpływ na środowisko ze względu na wycinanie dużych obszarów lasów w celu pozyskania węgla drzewnego. W XVI i XVII wieku doszło do licznych sporów między kowalami a polską szlachtą dotyczących praw do hut żelaza [3]. Stopniowo zakłady górnicze i huty żelaza przechodziły pod kontrolę władzy państwowej. Według Osinskiego [7], wówczas istniało 34 wielkie piece, 83 piece do rafinacji żelaza i 41 wielkich pieców. Całkowita produkcja żelaza wynosiła wtedy około 1300 ton rocznie. W okresie rozbiorów Polski (1772–1795) i wojen napoleońskich (1803–1815) wydobycie żelaza i produkcja żelaza upadły w większości części Polski [8]. Ten spadek nie dotknął Pruskiego zaboru i Górnego Śląska. Powstały nowe kopalnie żelaza, zarówno głębokie, jak i odkrywkowe, w Bytomiu, Tarnowskich Górach i Gliwicach. W 1796 roku powstała pierwsza w Europie huta stali, Królewska Odlewnia Żeliwa w Gliwicach, gdzie używano koksu jako paliwa. To wydarzenie, w połączeniu z rozwojem górnictwa węglowego w regionie Górnego Śląska, przyczyniło się do rozwoju tego regionu, który trwa do dzisiaj. W pierwszej połowie XIX wieku doszło do odrodzenia górnictwa i przemysłu żelaza w Polsce. Stanisław Staszic, założyciel Akademii Górniczej w Kielcach, miał znaczący wkład w kształcenie kadry dla przemysłu górniczego [9]. W Zagłębiu Staropolskim (centralna Polska) powstała spółka żelazna. W drugiej połowie XIX wieku wydobycie rudy żelaza wzrosło, np. od 1870 do 1890 roku wzrosło o ponad dwukrotnie, osiągając niemal 300 000 ton wydobycia w 1897 roku na terenie Królestwa Polskiego [3]. Przed I wojną światową roczna produkcja wynosiła od 120 do 480 tysięcy ton. Kopalnie podziemne były eksploatowane jako wielokrotne kopalnie (dziesiątki szybów o przekroju 1 m na 1,5 m ułożone w linii) lub kopalnie z centralnymi szybami. Ruda była podnoszona na powierzchnię w wiadrach o pojemności do 200 kg. Po I wojnie światowej wprowadzono napędy elektryczne do kopalń, co przyspieszyło mechanizację prac górniczych – poprawę prac drenażowych i wentylacji w kopalniach. Również stosowanie materiałów wybuchowych w górnictwie stało się powszechne. Wielki kryzys gospodarczy lat 30. XX wieku wpłynął na spadek wydobycia rudy żelaza, który wtedy gwałtownie spadł. Od 1935 roku jednak odnotowano wzrost wydobycia, które niemal osiągnęło milion ton rocznie, gdy rozpoczęła się II wojna światowa. W pierwszych 25 latach po zakończeniu wojny wydobycie rudy żelaza i produkcja żelaza w Polsce wzrosły, a powstały nowe kopalnie i zakłady metalurgiczne. Lata 70. i 80. XX wieku w Polsce to okres upadku wydobycia rudy żelaza, które trwało ponad 2000 lat. W 1982 roku zamknięto ostatnią kopalnię rudy żelaza w regionie Częstochowskim w Wreczycy Wielkiej. Ostatnią zamkniętą kopalnią rudy żelaza na terenie dzisiejszej Polski była kopalnia w Łęczycy (województwo łódzkie), która została zamknięta w 1989 roku [10]. Obecnie, w XXI wieku, w Polsce nie prowadzi się wydobycia rudy żelaza. Badania opierały się na przeglądzie literatury, w tym publikacji technicznych i historycznych, dokumentacji geologicznej udostępnianej przez polskie jednostki państwowe.
Region ´Swi˛etokrzyskie, situated in the ´Swi˛etokrzyskie Mountains, is bordered by the Pilica River to the west, a line running from Nowe Miasto through Wierzbica and Ił ˙za to Zawichost to the northeast, the Vistula River to the southeast, and the Nida River and the Przedborsko-Małogoskie Range to the southwest. This region includes parts of the ´Swi˛etokrzyskie province, as well as adjacent areas in Łódzkie and Mazowieckie provinces [ 11]. In the ´Swi˛etokrzyskie region, iron ores from the Lower Cretaceous, Brown, and Black Jurassic can be found in sedimentary deposits, primarily in the form of ferruginous sands, siderites, and clay siderites. These deposits are typically of modest quality, containing less than 30% Fe, sometimes reaching 40%. Igneous deposits, mainly pyrite vein deposits, are only found near Rudki, alongside hematite and siderite [ 12 ].
The earliest exploited deposits in the ´Swi˛etokrzyskie region were bog iron ores formed in marshes, wetlands, meadows, river bends, and lakes, where iron compounds precipitated and accumulated under moderate climate conditions. These bog ores were located near the surface and were extracted using open-cast mining techniques. The extraction process was relatively straightforward, involving the removal of a thin layer of overburden (turf), followed by the drying and manual selection of the exposed ore surface [13 ].
Historical sites unearthed by archaeologists indicate that iron extraction from bog iron ores relied on bloomery furnaces, a well-known technology [ 14 ]. In summary, these furnaces operated by reducing iron oxide ores at high temperatures with charcoal to produce iron in a spongy form mixed with slag. The construction and operation of ancient bloomery furnaces have been extensively documented [15 – 17].
Deeper deposits of siderite were also mined in the Middle Ages using underground pit mining. These pits, as described by Rybski and Kaptur [18 , 19], were dug to depths of several meters using basic tools. Vertical shafts provided access, some of which were reinforced to protect against rock collapses. A manual winch or treadmill was used to transport material, and miners descended into the shafts as needed. Eventually, deposits less than 30 meters deep were extracted using shafts enclosed in wooden structures. Sometimes, underground mining galleries interconnected these shafts, forming larger mining complexes. Today, only surface traces of past underground mining activities remain [19].
Wydobycie i hutnictwo stali w regionie Świętokrzyskim
W regionie Świętokrzyskim, który obejmuje Góry Świętokrzyskie i sąsiadujące tereny, występują złoża żelaza z okresu dolnej kredy oraz jury brunatnej i czarnej. Są to głównie złoża osadowe, zawierające się w piaskach żelazistych. Są one dość ubogie, zazwyczaj zawierają mniej niż 30% Fe, a czasami tylko 40% [12].
Pierwsze eksploatowane złoża w regionie Świętokrzyskim były to rudne bagna powstałe w mokradłach, takich jak bagna, zakola rzek i jeziora, gdzie związki żelaza wytrącały się z roztworów i osadzały w umiarkowanych warunkach klimatycznych. Rudne bagna znajdowały się blisko powierzchni ziemi, dlatego stosowano metodę odkrywkową. Proces ten był stosunkowo prosty, polegał na usunięciu cienkiej warstwy nadkładu (torfu), a następnie wysuszeniu i ręcznemu wydobyciu odsłoniętej powierzchni rudy [13].
Jak wskazują badania archeologiczne, wydobycie żelaza z rud bagiennych opierało się na słynnych na całym świecie piecach budowlanych. W skrócie, ich zasada działania polegała na redukcji rud żelaza przy wysokiej temperaturze z użyciem węgla drzewnego w celu uzyskania żelaza w postaci gąbczastej zawierającej żużel. Rodzaje, konstrukcja i zasada działania tych pieców budowlanych zostały szeroko opisane w literaturze [15 – 17].
Głębsze złoża rudy były już eksploatowane w średniowieczu za pomocą podziemnej metody wydobywania z kopalin. Kopano do głębokości kilku metrów, używając prostych narzędzi. Z czasem wprowadzono system wydobywania z wykorzystaniem kopalnianego wina lub bieżni do wydobywania materiału. Kopalnicy zostawiali się w dół szybu na tych urządzeniach. Z czasem złoża o głębokości poniżej 30 m zaczęto eksploatować przy użyciu szybów z pełnym obudowaniem drewnianym. Czasami były one połączone pod ziemią kopalnianymi galeriami, tworząc większe kompleksy górnicze [19]. Dziś zachowały się jedynie ślady na powierzchni po dawnej działalności górniczej [19].
Eksploatacja i metalurgia w regionie Częstochowy
Złoża rudy żelaza w syderycie gliniastym wydobywano na obszarze między Wieluń a Zawierciem przy użyciu metod odkrywkowych i głębinowych. Diagram obszaru złoża rudy Częstochowy przedstawiono na rysunku 6. Obszar złoża rudy Częstochowy obejmuje złoże żelaza ciągnące się od Zawiercia do Wielunia na długości około 120 km i szerokości od 2 do 20 km (rysunek 6). Minerały w złożu rudy były związane z tzw. serią złożową, która obejmowała warstwy od aalenu do górnej bajonii. Podstawą wydobycia rudy żelaza były sideryty z poziomów tylnej i środkowej. Zgodnie z [10], całkowita grubość rudy przy wyrobisku o wysokości 1,8 m wynosiła od 0,15 do 0,37 m. Poziom środkowy znajdował się na głębokości 30–50 m poniżej poziomu stropu i charakteryzował się zmienną grubością. W nim można było wyróżnić trzy warstwy rudy.
Na głębokości 75 m poniżej poziomu środkowego znajdowała się cienka warstwa, najważniejsza z punktu widzenia wydobycia, składająca się z kilku warstw o grubości do 0,4 m. W archiwach klasztoru na Jasnej Górze zachowały się dokumenty dotyczące eksploatacji rudy żelaza i produkcji żelaza na tym obszarze. W średniowieczu i za panowania Kazimierza Wielkiego powstała sieć murowanych fortyfikacji. Zamki pełniły różne funkcje i głównie miały charakter obronny [46,47]. Jednocześnie rozwijały się ośrodki miejskie w regionie [48]. Nawet stwierdzono [3], że mieszkańcy tych budynków kontaktowali się ze sobą z powodu problemów z eksploatacją rudy żelaza i tworzyli trasy komunikacyjne pokrywające się z biegiem wydobywanych złoży. Już przed XIV wiekiem wydobywano tam warstwy siderytu płasko ułożone i sferosiderytu. Wtedy to na obszarze Częstochowy założono dziesięć kuźni do wytopu żelaza. Od XV wieku liczba kuźni zwiększyła się, a ich lokalizacja odpowiadała przekątnej biegu złoża rudy żelaza, jak pokazano na rysunku 6. Rozwój metalurgii w okolicy Częstochowy pokrywał się z rozwojem ośrodków miejskich, takich jak sama Częstochowa oraz Krzepice i Panki.
Prof. dr hab. inż. Kazimierz Toruński.
Źródła:
1. Commeli, D.; D’orazio, M.; Folco, L.; El-Halwagy, M.; Frizzi, T.; Alberti, R.; Capogrosso, V.; Einagarr, A.; Hassan, H.; Nevin, A.;
et al. The meteoritic origin of Tutankhamun’s iron dagger blade. Meteorit. Planet. Sci. 2016, 51, 1301–1309. [CrossRef]
2. Kaczanowski, P.; Kozłowski, J.K. Wielka Historia Polski, tom I—Najdawniejsze Dzieje Ziem Polskich; Fogra Oficyna Wydawnicza: Kraków, 1998; pp. 165–174.
3. Adamski, A. Górnictwo rud Żelaza w Regionie Czestochowskim; Zarząad Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Górnictwa w
Częstochowie: Częstochowa, 1994.
4. Przybyłka, A. Rozwój górnictwa w regionie świętokrzyskim i na Górnym Śląsku. Studia i Materiały Wydziału Zarządzania
i Administracji Wyższej Szkoły Pedagogicznej im. Jana Kochanowskiego w Kielcach Ewolucja Gospodarki Społeczeństwa i Systemu Prawno-Instytucjonalnego w Kierunku Budowy Ładu Zintegrowanego 2016, 2, 331–340.
5. Dziekoński, T. Wydobywanie i Metalurgia Kruszców na Dolnym ´Sl ˛asku od XIII do Połowy XX Wieku; Wydawnictwo Ossolineum: Wrocław, 1972.
6. Jasienica, P. Polska Jagiellonów; Państwowy Instytut Wydawniczy: Warszawa, 1985.
7. Osiński, J. Opisanie Polskich Żelaza Fabryk, w Którym Świadectwa Historyków Wzmiankujących Miejsca Minerałów Przytoczono; Druk. IKM i Rzeczypospolitey u XX. Scholarum Piarum: Warszawa, 1782.
8. Ziemba, J. Strom. Z Tradycji Polskiego Górnictwa; Śląski Instytut Naukowy: Katowice, 1983.
9. Jasiuk, J. Szkoła Akademiczno-Górnicza. Prz. Odlew. 2006, 10–11, 608–609.
10. Gazdyl, W. Geologia Złóż; Politechnika Śląska Publishing House: Gliwice, Poland, 1999.
11. PIG BIP—The Polish Geological Institute
12. CUG. Bilans Zasobów Kopalin Użytecznych w Polsce—Part 2. Centralny Urz ˛ad Geologii (Central Geology Office).
13. Ratajczak, T.; Rzepa, G. Polskie Rudy Darniowe; Wydawnictwo AGH: Kraków, 2011.
14. Bielenin, K. Starożytne Górnictwo i Hutnictwo Żelaza w Górach Świetokrzyskich; Wydawnictwo KTN: Kielce, Poland, 1992.
15. Bielenin, K.; Suliga, I.
16. Solangaarachchi, R. History of metallurgy ancient iron smelting. Vidurava 1997, 19, 30–40.
17. Centralna Baza Danych Geologicznych.
18. Główny Urząad Statystyczny. Rocznik Statystyczny Handlu Zagranicznego 2020; Zakład Wydawnictw Statystycznych: Warszawa, 2020
Dodaj komentarz