Мышьяковистая бронза
Мышьяковистая бронза представляет собой сплав , в котором мышьяк , в отличие от олова или других составляющих металлов или в дополнение к ним , соединяется с медью для получения бронзы . Использование мышьяка с медью либо в качестве второстепенного компонента, либо с другим компонентом, например оловом, приводит к получению более прочного конечного продукта и улучшению характеристик при литье . [1]
Медная руда часто естественным образом загрязнена мышьяком; следовательно, термин «мышьяковистая бронза», используемый в археологии, обычно применяется только к сплавам с содержанием мышьяка более 1% по массе, чтобы отличить его от потенциально случайных добавок мышьяка. [2]
Истоки в предыстории
[ редактировать ]| Название руды | Химическая формула |
|---|---|
| Арсенопирит | ФЭАСС |
| Энаргит | Cu3AsSCu3AsS4 |
| Оливенит | Cu 2 (AsO 4 )OH |
| Теннантит | Cu 12 As 4 S 13 |
| Малахит | Cu 2 (OH) 2 CO 3 |
| Азурит | Cu 3 (OH) 2 (CO 3 ) 2 |
Хотя мышьяковистая бронза встречается в археологических записях по всему миру, самые ранние известные на сегодняшний день артефакты , датируемые 5-м тысячелетием до нашей эры , были найдены на Иранском плато . [3] Мышьяк присутствует в ряде медьсодержащих (см . руд таблицу справа, адаптированную из Lechtman & Klein, 1999 ), [4] и поэтому некоторое загрязнение меди мышьяком было бы неизбежно. Однако до сих пор не совсем ясно, в какой степени мышьяк намеренно добавляли в медь. [5] и в какой степени его использование возникло просто из-за его присутствия в медных рудах, которые затем обрабатывались путем плавки для получения металла.
Реконструкция возможной последовательности событий в предыстории предполагает рассмотрение структуры месторождений медных руд, которые в основном представлены сульфидами. [6] Поверхностные минералы будут содержать некоторое количество самородной меди и окисленных минералов, но большая часть меди и других минералов будет вымыта дальше в рудное тело, образуя вторичную зону обогащения. Сюда входят многие минералы, такие как теннантит с его мышьяком, медью и железом . Таким образом, в первую очередь использовались бы поверхностные отложения; при некоторой работе были бы обнаружены и обработаны более глубокие сульфидные руды, и было бы обнаружено, что материал с этого уровня имеет лучшие свойства.
Используя эти различные руды, существует четыре возможных метода производства мышьяковистых бронзовых сплавов. [3] Это:
- Прямое добавление мышьяксодержащих металлов или руд, таких как реальгар, к расплавленной меди. Этот метод, хотя и возможен, но не имеет доказательств.
- Восстановление . сурьмясодержащих арсенатов сурьмы меди или блеклой руды с получением сплава с высоким содержанием мышьяка и Это вполне осуществимо.
- Восстановление обожженных сульфарсенидов меди, таких как теннантит и энаргит . Этот метод приведет к образованию токсичных паров оксида мышьяка и потере большей части мышьяка, присутствующего в рудах. [7]
- Совместная плавка оксидных и сульфидных руд, таких как малахит и арсенопирит . Было продемонстрировано, что этот метод работает хорошо, при этом выделяется мало опасных паров из-за совместных реакций между различными минералами. [4]
Кроме того, Торнтон и др. предполагают более высокий уровень квалификации рабочих-металлистов. [8] Они предполагают, что арсенид железа намеренно производился в процессе выплавки меди, чтобы его можно было продать и использовать для изготовления мышьяковой бронзы в других местах путем добавления к расплавленной меди.
Артефакты из мышьяковой бронзы охватывают весь спектр металлических предметов — от топоров до украшений. Способ изготовления заключался в нагревании металла в тиглях и отливке его в формы из камня или глины. После затвердевания его полировали или, в случае топоров и других инструментов, закаляли , ударяя по рабочей кромке молотком, утончая металл и увеличивая его прочность. [6] Готовые предметы также можно было выгравировать или украсить по мере необходимости.
Преимущества мышьяковистой бронзы
[ редактировать ]Хотя мышьяк, скорее всего, изначально был смешан с медью из-за того, что руды уже содержали его, его использование, вероятно, продолжалось по ряду причин. Во-первых, он действует как раскислитель, реагируя с кислородом горячего металла с образованием оксидов мышьяка, которые испаряются из жидкого металла. Если в жидкой меди растворено большое количество кислорода, то при охлаждении металла оксид меди выделяется на границах зерен и значительно снижает пластичность полученного изделия. Однако его использование может привести к большему риску образования пористых отливок из-за растворения водорода в расплавленном металле и его последующей потери в виде пузырьков (хотя любые пузырьки могут быть заварены ковкой и все равно оставлять массу металла готовой к расплавлению). быть закаленным в работе). [1]
Во-вторых, сплав способен к более сильному упрочнению, чем чистая медь, поэтому он лучше работает при резке или рубке. Повышение упрочняющей способности происходит с увеличением процентного содержания мышьяка, и бронзу можно упрочнять в широком диапазоне температур, не опасаясь охрупчивания. [1] Его улучшенные свойства по сравнению с чистой медью можно увидеть при содержании As всего от 0,5 до 2 мас.%, что дает улучшение твердости и прочности на разрыв на 10–30%. [7]
В-третьих, при правильном процентном соотношении он может придать изготавливаемому изделию серебристый блеск. Имеются свидетельства существования мышьяковистых бронзовых кинжалов с Кавказа и других артефактов из разных мест, имеющих богатый мышьяком поверхностный слой, который вполне мог быть изготовлен намеренно древними мастерами. [9] а мексиканские колокола были сделаны из меди с достаточным количеством мышьяка, чтобы придать им серебряный цвет. [7]
Мышьяковистая бронза, памятники и цивилизации
[ редактировать ]
Мышьяковистая бронза использовалась многими обществами и культурами по всему миру. Во-первых, как упоминалось ранее, Иранское нагорье , за которым следует прилегающая территория Месопотамии, вместе охватывающее современный Иран, Ирак и Сирию, имеет самую раннюю в мире металлургию мышьяковой бронзы. Он использовался с 4-го тысячелетия до нашей эры до середины 2-го тысячелетия до нашей эры , то есть в течение почти 2000 лет. В течение этого периода наблюдались большие различия в содержании мышьяка в артефактах, поэтому невозможно точно сказать, какое количество было добавлено намеренно, а какое — случайно. [5]
Эти вопросы были значительно прояснены к 2016 году. Двумя соответствующими древними памятниками на востоке Турции ( провинция Малатья ) являются Норшунтепе и Дегирментепе , где производство мышьяковой бронзы имело место до 4000 г. до н.э. На этих участках были обнаружены очаги или печи с естественной тягой, шлак, руда и пигмент. Это было в контексте архитектурных комплексов, типичных для архитектуры южной Месопотамии.
По словам Бошера (2016), в Дегирментепе предметы из мышьяковой меди явно производились около 4200 г. до н.э., однако технологические аспекты этого производства остаются неясными. Это связано с тем, что первичная плавка руды, по-видимому, проводилась где-то еще, возможно, уже на местах добычи. [10]
Напротив, связанное с ним месторождение Норшунтепе обеспечивает лучший контекст производства и демонстрирует, что некоторая форма легирования мышьяком действительно имела место к 4-му тысячелетию до нашей эры. Поскольку шлак, обнаруженный в Норшунтепе, не содержит мышьяка, это означает, что мышьяк в той или иной форме добавлялся отдельно. [11]
Общества, использующие мышьяковистую бронзу, включают аккадцев , жителей Ура и амореев , все они базировались вокруг рек Тигр и Евфрат и центров торговых сетей, которые распространяли мышьяковистую бронзу по Ближнему Востоку в бронзовом веке. [5]
Клад энеолита периода Нахаль Мишмар в Иудейской пустыне к западу от Мертвого моря содержит ряд мышьяковистых бронзовых (4–12% мышьяка) и, возможно, мышьяково-медных артефактов, изготовленных с использованием процесса выплавляемого воска , самого раннего известного использования этой сложной техники. . «Датирование тростниковой циновки, в которую были завернуты предметы, с помощью углерода-14 позволяет предположить, что она датируется по меньшей мере 3500 годом до нашей эры. Именно в этот период использование меди стало широко распространено по всему Леванту, что свидетельствует о значительных технологических достижениях, идущих параллельно с крупными социальными достижениями. в регионе». [12]
В Древнем Египте использование мышьяковой бронзы/меди подтверждается со второй фазы культуры Накада, а затем широко использовалось до начала Нового царства, то есть в египетском энеолите, раннем и среднем бронзовом веке, а также в те же эпохи. в древней Нубии. [13] В Старом царстве , в эпоху строителей крупнейших пирамид, мышьяковистая медь использовалась для производства инструментов в Гизе . [14] Мышьяковистая медь также обрабатывалась в мастерской, обнаруженной в Хейт-эль-Гурабе в Гизе, «затерянном городе строителей пирамид» времен правления Менкаура. [15] были обнаружены египетские и нубийские предметы из мышьяковистой меди В коллекциях Брюсселя . [16] и в Лейпциге . [17] В Среднем царстве использование оловянной бронзы увеличивается в Древнем Египте и Нубии. [18] Одним из крупнейших исследований такого материала было исследование лезвий египетских и нубийских топоров в Британском музее , и оно дало сопоставимые результаты. [19] Аналогичную ситуацию можно наблюдать в Керме среднего бронзового века . [20]
Сульфидные месторождения часто представляют собой смесь сульфидов различных металлов, таких как медь, цинк, серебро, мышьяк, ртуть, железо и другие металлы. ( Сфалерит (ZnS с большим или меньшим содержанием железа), например, не является редкостью в месторождениях сульфида меди, а выплавляемый металл будет представлять собой латунь, которая одновременно тверже и долговечнее меди.) Теоретически металлы можно было бы отделить, но Получающиеся сплавы обычно были намного прочнее, чем металлы по отдельности.
Использование мышьяковой бронзы распространилось по торговым путям в северо-западный Китай, в регион Ганьсу — Цинхай , с культурами Сиба , Цицзя и Тяньшаньбейлу . Однако до сих пор неясно, были ли артефакты из мышьяковистой бронзы импортированы или изготовлены на месте, хотя предполагается, что последнее более вероятно из-за возможной местной эксплуатации минеральных ресурсов. С другой стороны, артефакты демонстрируют типологическую связь с евразийской степью. [21]
В период энеолита в Северной Италии , с культурами Ремеделло и Ринальдоне в 2800–2200 годах до нашей эры, использовалась мышьяковистая бронза. Действительно, кажется, что мышьяковистая бронза была наиболее распространенным сплавом, использовавшимся в Средиземноморском бассейне в то время. [22]
В Южной Америке мышьяковистая бронза была преобладающим сплавом в Эквадоре, а также в северном и центральном Перу из-за присутствующих там богатых мышьяксодержащих руд. Напротив, южные и центральные Анды, юг Перу, Боливия и некоторые части Аргентины были богаты оловянной рудой касситерита и поэтому не использовали мышьяковистую бронзу. [7]
Сикская культура северо-западного побережья Перу известна использованием мышьяковой бронзы в период с 900 по 1350 год нашей эры. [23] Мышьяковистая бронза сосуществовала в Андах с оловянной бронзой, вероятно, из-за ее большей пластичности, что означало, что ее можно было легко расковывать в тонкие листы, которые ценились в местном обществе. [7]
Мышьяковистая бронза после бронзового века
[ редактировать ]Археологические данные в Египте , Перу и на Кавказе позволяют предположить, что мышьяковистая бронза какое-то время производилась наряду с оловянной бронзой. В Тепе Яхья его использование продолжалось и в железном веке для изготовления безделушек и декоративных предметов. [3] тем самым демонстрируя, что с течением времени не было простой последовательности сплавов, когда новые превосходные сплавы заменяли старые. Реальных металлургических преимуществ перед превосходством оловянной бронзы немного. [1] и ранние авторы предположили, что мышьяковистая бронза была прекращена из-за ее воздействия на здоровье. Более вероятно, что его повсеместное использование было прекращено, поскольку легирование оловом давало отливки, которые имели прочность, аналогичную мышьяковой бронзе, но не требовали дальнейшей нагартовки для достижения полезной прочности. [6] Также вероятно, что более определённых результатов можно было бы достичь с использованием олова, поскольку его можно было добавлять непосредственно к меди в определенных количествах, тогда как точное количество добавляемого мышьяка было гораздо сложнее определить из-за производственного процесса. [7]
Влияние на здоровье использования мышьяковой бронзы
[ редактировать ]Мышьяк — это элемент с температурой испарения 615 °C, поэтому оксид мышьяка будет теряться из расплава до или во время литья, а пары от пожаров при добыче и переработке руды, как уже давно известно, поражают нервную систему, глаза, легкие и кожа. [24]
Хроническое отравление мышьяком приводит к периферической нейропатии , которая может вызвать слабость в ногах и ступнях. Было высказано предположение [ по мнению кого? ] что это лежит в основе легенд о хромых кузнецах во многих культурах и мифах, таких как греческий бог Гефест . [25] Поскольку Гефест был кузнецом железного века, а не кузнецом бронзового века, эта связь могла быть связана с древней народной памятью. [26]
Хорошо сохранившаяся мумия человека, жившего около 3200 г. до н.э. [27] найденный в Эцтальских Альпах , широко известный как Эци , в его волосах был обнаружен высокий уровень как частиц меди, так и мышьяка . Это, а также лезвие медного топора Эци, чистота которого на 99,7% состоит из меди, заставило ученых предположить, что он участвовал в выплавке меди . [28]
Современное использование мышьяковой бронзы
[ редактировать ]Мышьяковистая бронза в современный период мало использовалась. Похоже, что наиболее близким эквивалентом является мышьяковистая медь , определяемая как медь с содержанием As менее 0,5 мас.%, что ниже принятого процента в археологических артефактах. Присутствие 0,5 мас.% мышьяка в меди снижает электропроводность до 34% от электропроводности чистой меди, а даже всего лишь 0,05 мас.% снижает ее на 15%. [7]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Чарльз, Дж. А. (январь 1967 г.). «Ранние мышьяковистые бронзы - металлургический взгляд». Американский журнал археологии . 71 (1): 21–26. дои : 10.2307/501586 . JSTOR 501586 .
- ^ Бадд, П.; Оттоуэй, Б.С. (1995). Йованович, Борислав (ред.). Энеолитическая мышьяковистая медь – случайность или выбор? . Древняя горная промышленность и металлургия Юго-Восточной Европы, Международный симпозиум. Археологический институт, Белград и Музей горного дела и металлургии, Бор. п. 95.
- ^ Jump up to: а б с Торнтон, CP; Ламберг-Карловский, CC; Лизерс, М.; Молодой, СММ (2002). «На иголках: прослеживание эволюции легирования на основе меди в Тепе Яхья, Иран, с помощью анализа ICP-MS обычных предметов». Журнал археологической науки . 29 Если растворено много кислорода (29): 1451–1460. Бибкод : 2002JArSc..29.1451T . дои : 10.1006/jasc.2002.0809 .
- ^ Jump up to: а б Лехтман, Х.; Кляйн, С. (1999). «Производство медно-мышьяковых сплавов (мышьяковистой бронзы) методом переплавки: современный эксперимент, древняя практика». Журнал археологической науки . 26 (5): 497–526. Бибкод : 1999JArSc..26..497L . дои : 10.1006/jasc.1998.0324 . S2CID 128547259 .
- ^ Jump up to: а б с Де Рик, И.; Адрианс, А.; Адамс, Ф. (2005). «Обзор месопотамской бронзовой металлургии в III тысячелетии до нашей эры» . Журнал культурного наследия . 6 (3): 261–268. дои : 10.1016/j.culher.2005.04.002 . hdl : 1854/LU-329902 .
- ^ Jump up to: а б с Тайлекот, РФ (1992). История металлургии (2-е изд.). Лондон: Издательство Мэни. ISBN 0-901462-88-8 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Лехтман, Хизер (зима 1996 г.). «Мышьяковистая бронза: грязная медь или выбранный сплав? Взгляд из Америки». Журнал полевой археологии . 23 (4): 477–514. дои : 10.2307/530550 . JSTOR 530550 .
- ^ Торнтон, CP; Ререн, Т.; Пиггот, ВК (2009). «Производство шписа (арсенида железа) в эпоху ранней бронзы в Иране». Журнал археологической науки . 36 (2): 308–316. Бибкод : 2009JArSc..36..308T . дои : 10.1016/j.jas.2008.09.017 .
- ^ Рындина Н. (2009). «Возможности металлографии в исследовании ранних изделий из меди и сплавов на ее основе». Журнал Исторического металлургического общества . 43 : 1–18.
- ^ Лоик К. Бошер (2016), Реконструкция процесса производства мышьяковой меди в Юго-Западной Азии раннего бронзового века. доктор философии Диссертация. Университетский колледж Лондона. стр.75
- ^ Лоик К. Бошер (2016), Реконструкция процесса производства мышьяковой меди в Юго-Западной Азии раннего бронзового века. доктор философии Диссертация. Университетский колледж Лондона. стр.77
- ^ «Сокровище Нахаль Мишмар» , Метрополитен-музей.
- ^ Итон, ER; МакКеррелл, Хью (1 октября 1976 г.). «Ближневосточное легирование и некоторые текстовые свидетельства раннего использования мышьяковой меди» . Мировая археология . 8 (2): 169–191. дои : 10.1080/00438243.1976.9979662 . ISSN 0043-8243 .
- ^ Одлер, Мартин; Кмошек, Иржи; Фикре, Марек; Ербан Кочергина, Юлия В. (01.04.2021). «Мышьяково-медные инструменты мастеров Древнего царства Гизы: Первые данные» . Журнал археологической науки: отчеты . 36 : 102868. Бибкод : 2021JArSR..36j2868O . дои : 10.1016/j.jasrep.2021.102868 . ISSN 2352-409X . S2CID 233577883 .
- ^ Одлер, Мартин; Кмошек, Иржи. «Медь в Гизе: последние новости» (PDF) . Медь в Гизе: последние новости . 20 (2): 12–17.
- ^ Радемакерс, Фредерик В.; Верли, Жорж; Дельво, Люк; Дегриз, Патрик (2018). «Медь для загробной жизни в Египте от додинастического до Древнего царства: характеристика происхождения с помощью химического анализа и изотопного анализа свинца (коллекция RMAH, Бельгия)» . Журнал археологической науки . 96 : 175–190. Бибкод : 2018JArSc..96..175R . дои : 10.1016/j.jas.2018.04.005 . hdl : 1887/75148 . S2CID 134631377 – через Elsevier Science Direct.
- ^ Кмошек, Иржи; Одлер, Мартин; Фикре, Марек; Кочергина, Юлия В. (2018). «Невидимые связи. Египетские металлические изделия раннего династического и древнего царства в Египетском музее Лейпцигского университета» . Журнал археологической науки . 96 : 191–207. Бибкод : 2018JArSc..96..191K . дои : 10.1016/j.jas.2018.04.004 . S2CID 134290735 – через Elsevier Science Direct.
- ^ Одлер, Мартин (2020). Невидимые связи: археометаллургический анализ металлических изделий бронзового века из Египетского музея Лейпцигского университета . Иржи Кмошек. Саммертаун, Оксфорд. ISBN 978-1-78969-741-4 . OCLC 1225889327 .
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Дэвис, В. Вивиан (1987). Каталог египетских древностей в Британском музее. 7: Инструменты и оружие; 1: Топоры . Доклады специалистов Майкла Р. Коуэлла, Джанет Р.С. Лэнг; Ричард Берли; Ровена Гейл; Мэвис Бимсон; рисунки Мэрион Кокс (1-е изд.). Лондон: Публикации Британского музея для попечителей. ISBN 978-0-7141-0934-3 . OCLC 911316687 .
{{cite book}}: CS1 maint: дата и год ( ссылка ) - ^ Радемакерс, Фредерик В.; Верли, Жорж; Дегриз, Патрик; Ванхаке, Франк; Марки, Северин; Бонне, Чарльз (2022). «Медь в древней Керме: диахроническое исследование сплавов и сырья» . Достижения в области археоматериалов . 3 (1): 1–18. дои : 10.1016/j.aia.2022.01.001 . S2CID 249590931 .
- ^ Цзянджун Мэй, стр. 9 в журнале «Металлургия и цивилизация, Евразия и за ее пределами» , изд.: Цзянджун Мэй и Тило Ререн. Материалы 6-й международной конференции по началу использования шротов и сплавов (BUMA VI), 2009 г., Archetype Publications, Лондон.
- ^ Eaton, ER 1980. Ранняя металлургия в Италии. В: изд. В. А. Одди , Аспекты ранней металлургии , периодический доклад 17, Публикации Британского музея, Лондон.
- ^ Хёрц, Г.; Калльфасс, М. (декабрь 1998 г.). «Металлообработка в Перу, декоративные предметы из королевских гробниц Сипана». Журнал материалов . 50 (12): 8. дои : 10.1007/s11837-998-0298-2 . S2CID 136482156 .
- ^ Харпер, М. (1987). «Возможное воздействие токсичных металлов на доисторических бронзовщиков» . Британский журнал промышленной медицины . 44 (10): 652–656. дои : 10.1136/oem.44.10.652 . ПМЦ 1007896 . ПМИД 3314977 .
- ^ Харпер, М. (октябрь 1987 г.). «Возможное воздействие токсичных металлов на доисторических бронзовщиков» . Британский журнал промышленной медицины . 44 (10): 652–656. дои : 10.1136/oem.44.10.652 . ISSN 0007-1072 . ПМЦ 1007896 . ПМИД 3314977 .
- ^ Саггс, HWF (1989). Цивилизация до Греции и Рима . Нью-Хейвен: Издательство Йельского университета. стр. 200–201 . ISBN 978-0-300-04440-9 .
- ^ Бонани, Жорж; Айви, Сьюзен Д.; Хайдас, Ирена; Никлаус, Томас Р.; Сутер, Мартин (1994). «Определение возраста AMS 14C образцов тканей, костей и травы Эцтальского ледяного человека» (PDF) . Радиоуглерод . 36 (2): 247–250. Бибкод : 1994Radcb..36..247B . дои : 10.1017/S0033822200040534 . S2CID 52971052 . Архивировано из оригинала (PDF) 28 февраля 2017 г. Проверено 28 февраля 2023 г.
- ^ «Последний обед Айсмена» . Новости Би-би-си . 16 сентября 2002 года . Проверено 28 февраля 2023 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- «Инструменты плотников из мышьяковой меди с Наксоса, около 2700–2200 гг. До н.э.» . Британский музей . Архивировано из оригинала 9 ноября 2007 г.
- «Страница результатов с некоторой информацией о мышьяковой бронзе» . Сиканский археологический проект. Архивировано из оригинала 7 апреля 2010 г.