Купелирование
Купелирование — это процесс аффинажа в металлургии , при котором руды или легированные металлы обрабатываются при очень высоких температурах и подвергаются контролируемым операциям для отделения благородных металлов , таких как золото и серебро , от неблагородных металлов , таких как свинец , медь , цинк , мышьяк , сурьма или висмут , присутствующий в руде. [1] [2] [3] Этот процесс основан на том принципе, что драгоценные металлы обычно окисляются или вступают в химическую реакцию при гораздо более высоких температурах, чем недрагоценные металлы. При нагревании их при высоких температурах драгоценные металлы остаются отдельно, а остальные вступают в реакцию, образуя шлаки или другие соединения. [4]
Начиная с раннего бронзового века этот процесс использовался для получения серебра из выплавленных свинцовых руд. [5] [6] В Средние века и эпоху Возрождения купелирование было одним из наиболее распространенных процессов аффинажа драгоценных металлов. К тому времени для анализа минералов стали использовать огневой анализ: тестирование свежих металлов, таких как свинец, и переработанных металлов, чтобы определить их чистоту для изготовления ювелирных изделий и монет . Купелирование используется до сих пор. [4] [7]
Процесс
[ редактировать ]Масштабное купелирование
[ редактировать ]Самородное серебро – редкий элемент. Хотя он существует как таковой, он обычно встречается в природе в сочетании с другими металлами или в минералах, содержащих соединения серебра, обычно в форме сульфидов, таких как галенит (сульфид свинца) или церуссит (карбонат свинца). Таким образом, первичное производство серебра требует плавки, а затем купелирования серебристо- свинцовых руд. [8] [4]
Свинец плавится при 327 °С, оксид свинца — при 888 °С, серебро — при 960 °С. Для отделения серебра сплав снова плавят при высокой температуре от 960°С до 1000°С в окислительной среде. Свинец окисляется до монооксида свинца , известного тогда как глет , который захватывает кислород из других присутствующих металлов. Жидкий оксид свинца удаляется или впитывается под действием капиллярных сил в футеровку пода. Эта химическая реакция [9] [10] [11] можно рассматривать как
- Ag (s) + 2 Pb (s) + O
2 (г) → 2 PbO (поглощенный) + Ag(л)
Основание очага выкапывали в форме кастрюли и засыпали инертным и пористым материалом, богатым кальцием или магнием, таким как ракушки, известь или костная зола. [12] Облицовка должна была быть известковой, поскольку свинец вступает в реакцию с кремнеземом (соединениями глины) с образованием вязкого силиката свинца, который предотвращает необходимое поглощение глета, тогда как известковые материалы не реагируют со свинцом. [8] Некоторая часть глета испаряется, а остальная часть поглощается пористой земной подстилкой, образуя «глетные лепешки». [10] [13]
Лепешки глета обычно имеют круглую или вогнуто-выпуклую форму, около 15 см в диаметре. Они являются наиболее распространенным археологическим свидетельством купелирования в эпоху ранней бронзы . [14] Анализируя их химический состав, археологи могут определить, какая руда подвергалась обработке, ее основные компоненты и химические условия, использованные в процессе. Это позволяет получить представление о производственном процессе, торговле, социальных потребностях или экономической ситуации.
Мелкомасштабное купелирование
[ редактировать ]Мелкомасштабное купелирование основано на том же принципе, что и купелирование в очаге; Основное различие заключается в количестве материала, который необходимо протестировать или получить. Минералы необходимо измельчать, обжигать и плавить, чтобы сконцентрировать металлические компоненты и отделить благородные металлы . К эпохе Возрождения использование процессов купелирования было разнообразным: анализ руд из рудников, проверка количества серебра в драгоценных камнях или монетах или в экспериментальных целях. [4] [15] [16] Оно проводилось в небольших неглубоких реципиентах, известных как купели.
Поскольку основной целью мелкомасштабного купелирования было определение и испытание минералов и металлов, исследуемое вещество необходимо тщательно взвесить. Анализы проводились в купеляционной или пробирной печи, которая должна иметь окна и сильфоны, чтобы убедиться в том, что воздух окисляет свинец , а также чтобы быть уверенным и быть готовым к удалению купели после завершения процесса. К испытуемому веществу необходимо добавлять чистый свинец, чтобы гарантировать дальнейшее отделение примесей. После того, как глет впитался в купель, образовались серебряные пуговицы, которые расположились в середине купели. [7] Если в сплаве содержалось еще и определенное количество золота, оно оседало вместе с серебром , и то и другое приходилось разделять пробором . [17]
Купели
[ редактировать ]
Основным инструментом для мелкомасштабного купелирования был купель. Купели были изготовлены с особой тщательностью. Раньше это были небольшие сосуды в форме перевернутого усеченного конуса, сделанные из костного пепла. По словам Георга Агриколы , [18] лучший материал получали из сожженных рогов оленей, хотя можно было использовать и рыбьи шипы. Золу необходимо измельчить в мелкий и однородный порошок и смешать с каким-нибудь липким веществом для формирования купелей. Формы делались из меди без дна, чтобы можно было снять чашечки. Неглубокое углубление в центре чаши было сделано округлым пестиком. Размеры чашечек зависят от количества анализируемого материала. Такая же форма сохранилась и по сей день.
Археологические исследования, а также археологометаллургический анализ и письменные тексты эпохи Возрождения продемонстрировали существование различных материалов для их изготовления; они могли быть изготовлены также из смеси костей и древесной золы низкого качества или отлиты из такой смеси внизу с верхним слоем костной золы. [5] [19] [7] Различные рецепты зависят от опыта пробирщика или от специальной цели, для которой он был изготовлен (анализ чеканки , ювелирных изделий, проверка чистоты переработанного материала или монет). Археологические данные показывают, что на заре мелкомасштабного купелирования использовались черепки или глиняные купели. [17] [20] [21]
История
[ редактировать ]Первое известное использование серебра было на Ближнем Востоке в Анатолии и Месопотамии в 4-м и 3-м тысячелетиях до нашей эры. [22] [23] Ранний бронзовый век . археологические находки предметов из серебра и свинца, а также кусков глета и шлака На различных памятниках изучены . Хотя это было интерпретировано как извлечение серебра из свинцовых руд, было также высказано предположение, что свинец добавлялся для сбора серебра из видимых серебряных минералов, внедренных во вмещающую породу. В обоих случаях серебро будет извлекаться из металлического свинца путем купелирования. [24]
В течение следующего железного века купелирование осуществлялось путем плавления недрагоценных металлов с избытком свинца. Слиток или продукт этого плавления затем нагревали в купеляционной печи для отделения благородных металлов. [25] Такие шахты, как Рио-Тинто , недалеко от Уэльвы в Испании , стали важным политическим и экономическим объектом в районе Средиземного моря , так же как и Лаурион в Греции . [26] Около 500 г. до н. э. контроль над рудниками Лауриона дал Афинам политическое преимущество и власть в Средиземноморье, так что они смогли победить персов . [27]
Во времена Римской империи империя нуждалась в большом количестве свинца, чтобы поддерживать римскую цивилизацию на огромной территории; они искали открытые свинцово-серебряные рудники в завоеванных ими районах. Чеканка серебряных монет стала нормализованным средством обмена, следовательно, производство серебра и контроль над рудниками давали экономическую и политическую власть. Во времена Римской империи добывать свинцовые руды стоило, если содержание серебра в них составляло 0,01% и более. [28]
Происхождение использования купелирования для анализа неизвестно. Одно из самых ранних письменных упоминаний о купелях принадлежит Теофилу Диверсу Арсу в XII веке нашей эры. [29] Этот процесс мало менялся до 16 века. [21]
Мелкомасштабное купелирование можно считать самым важным методом огневого анализа, разработанным в истории, и, возможно, источником химического анализа. [5] Большая часть письменных свидетельств относится к эпохе Возрождения 16 века. Ванноччо Бирингуччо , [30] Георг Агрикола и Лазарь Эркер , среди прочих, писали об искусстве добычи и испытания руд, а также подробные описания купелирования. Их описания и предположения были обнаружены в различных археологических находках в Европе Средневековья и Возрождения. К этому времени количество огневых проб значительно возросло, в основном за счет испытаний руд на рудниках с целью выявления возможности их эксплуатации. В основном купелирование было связано с чеканкой монет, а также при тестировании ювелирных изделий. [21] Со времен Возрождения купелирование стало стандартизированным методом анализа, который мало изменился, продемонстрировав свою эффективность. Ее развитие в древности затронуло сферы экономики, политики, военного дела и власти.
Новый Свет
[ редактировать ]Огромное количество доиспанских серебряных украшений, известных особенно в Перу , Боливии и Эквадоре, ставит вопрос о том, получали ли доиспанские цивилизации сырье из самородных руд или из серебристо-свинцовых руд. Хотя самородное серебро может быть доступно в Америке , оно так же редко, как и в Старом Свете . Из колониальных текстов известно, что серебряные рудники были открыты в колониальные времена испанцами от Мексики до Аргентины , главными из которых являются рудники Таско, Мексика , и Потоси в Боливии.
Некоторые виды доменных печей, называемые хуайрачины, были описаны в колониальных текстах как печи по местной технологии, используемые в Перу и Боливии для плавки руд, добываемых на серебряных рудниках, принадлежащих испанцам. Хотя это и не является окончательным, считается, что такие печи использовались до испанского завоевания. Этноархеологические и археологические работы в муниципалитете Порко , Потоси , Боливия , предполагают доевропейское использование хуайрачины. [31]
Не существует конкретных археологических данных о выплавке или добыче серебра в Андах до эпохи инков . Артефакты из серебра и свинца были найдены в центральном нагорье Перу, датированные периодами до инков и периодами инков. Судя по присутствию свинца в серебряных изделиях, археологи предполагают, что здесь происходило купелирование. [32]
См. также
[ редактировать ]- Алхимия
- Археометрия
- Конвертер кислорода с донной продувкой
- История алхимии
- История химии
- Философский камень
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ререн, Т., Мартинон-Торрес, М., 2003 г.
- ^ Бэйли, Дж., Ререн, Т. 2007 год
- ^ Крэддок, ПТ, 1995 г.
- ^ Jump up to: а б с д Бэйли, Дж. 2008 г.
- ^ Jump up to: а б с Ререн, Т., Экстайн, К. 2002 г.
- ^ Вуд, младший; Сюй, Ю.Т.; Белл, К. (2021). «Отправка Лауриона назад в будущее: серебро бронзового века и источник путаницы» . Интернет-археология . 56 (9). дои : 10.11141/ia.56.9 . S2CID 236973111 .
- ^ Jump up to: а б с Гувер, Х. и Гувер, Х. 1950 г. [1556]
- ^ Jump up to: а б Kassianidou, V. 2003
- ^ Крэддок, ПТ 1995: 223
- ^ Jump up to: а б Бэйли Дж., Кроссли Д. и Понтинг М. (ред.). 2008 год
- ^ Перницка, Э. и др., 1998 г.
- ^ Бэйли Дж., Экстайн К. 2006 г.
- ^ Перницка, Э. и др. 1998 год
- ^ Бэйли, Дж. 2008: 134.
- ^ Мартинон-Торрес, М., Ререн, Т. 2005a.
- ^ Мартинон-Торрес, М. и др. 2009 год
- ^ Jump up to: а б Джонс, Д. (редактор) 2001 г.
- ^ Гувер, Х. и Гувер, Х. 1950 [1556]
- ^ Мартинон-Торрес, М. и др. 2009 год
- ^ Крэддок, ПТ, 1991 г.
- ^ Jump up to: а б с Мартинон-Торрес, М., Ререн, Т. 2005b.
- ^ Перницка, Э. и др. 1998 год
- ^ Карстен Х. и др., 1998.
- ^ Вуд, младший; Сюй, Ю.Т.; Белл, К. (2021). «Отправка Лауриона назад в будущее: серебро бронзового века и источник путаницы» . Интернет-археология . 56 (9). дои : 10.11141/ia.56.9 . S2CID 236973111 .
- ^ Ререн, Т., Экстайн, К. 2002
- ^ Тайлекот, РФ, 1992 г.
- ^ «Лаурион и Торикос» . Проверено 15 января 2010 г.
- ^ Тайлекот, РФ, 1992.
- ^ В Ререне, Th. 2003 г.
- ^ Пиротехника Ванноччо Бирингуччо , тр. Сирил Стэнли Смит и Марта Тич Гнуди , Нью-Йорк: Американский институт горных и металлургических инженеров, 1942, стр. 136–141.
- ^ Ван Бюрен, М., Миллс, Б. 2005 г.
- ^ Хоу, Э., Петерсен, У. 1994.
Библиография
[ редактировать ]- Бэйли, Дж. 1995. Очистка драгоценных металлов, в таблицах данных Общества исторической металлургии: https://web.archive.org/web/20160418021923/http://hist-met.org/hmsdatasheet02.pdf (по состоянию на 13 января 2010 г.).
- Бэйли, Дж. 2008 Средневековая очистка драгоценных металлов: сравнение археологии и современных текстов, Мартинон-Торрес, М. и Ререн, Т. (ред.) Археология, история и наука: интеграция подходов к древним материалам. Пресса левого побережья: 131–150.
- Бэйли Дж., Экстайн К. 2006. Римские и средневековые лепешки из глета: структура и состав, в книге Дж. Переса-Арантеги (ред.) Proc. 34-й Международный симпозиум по археометрии. Институт Фернандо эль-Католито, CSIC, Сарагоса: 145-153. (PDF)
- Бэйли Дж., Ререн Т. 2007. К функциональной и типологической классификации тиглей, в La Niece, S и Craddock, P (ред.) Metals and Mines. Исследования по археометаллургии. Книги Архетипов: 46-55
- Бэйли Дж., Кроссли Д. и Понтинг М. (ред.). 2008. Металлы и металлообработка. Основа исследований в области археометаллургии. Историческое металлургическое общество 6.
- Крэддок, ПТ 1991. Горное дело и металлургия в древности, Боуман, С. (редактор), Наука и прошлое, Лондон: Издательство Британского музея: 57-73..
- Крэддок, ПТ, 1995. Добыча и производство ранних металлов. Эдинбург: Издательство Эдинбургского университета.
- Гувер, Х. и Гувер, Х. 1950 г. [1556]. Георгиус Агрикола Де Ре Металлика . Нью-Йорк: Дувр.
- Хоу Э., Петерсен У. 1994. Серебро и свинец в поздней предыстории долины Монтаро, Перу. В Скотте Д. и Мейерсе П. (ред.) Археометрия доколумбовых памятников и артефактов: 183–197. Институт охраны природы Гетти.
- Лаурион и Торикос (по состоянию на 15 января 2010 г.)
- Джонс, Дж. Д. 1980. Римские рудники в Риотинто, в Журнале римских исследований 70: 146–165. Общество содействия римским исследованиям.
- Джонс, Д. (редактор) 2001. Археометаллургия. Центр археологических рекомендаций. Публикации английского наследия. Лондон.
- Карстен Х., Гауптманн Х., Райт Х., Уоллон Р. 1998. Свидетельства производства серебра в четвертом тысячелетии до нашей эры в Фатмали-Калечике, Восточная Анатолия. в Metallurgica Antiqua: в честь Ханса-Герта Бахмана и Роберта Мэддина Бахманн, Х.Г., Мэддин, Роберт, Ререн, Тило, Гауптманн, Андреас, Мюли, Джеймс Дэвид, Deutsches Bergbau-Museum: 57-67
- Кассианиду, В. 2003. Ранняя добыча серебра из сложных полиметаллических руд, в Крэддоке, П.Т. и Лэнге, Дж. (ред.) Горное дело и производство металлов на протяжении веков. Лондон, Издательство Британского музея: 198-206.
- Лехтман, Х. 1976. Исследование металлургических объектов в Перуанских Андах, в Журнале полевой археологии 3 (1): 1-42.
- Мартинон-Торрес, М., Ререн, Т. 2005а. Керамические материалы в практике огневого анализа: тематическое исследование лабораторного оборудования 16-го века, в М. И. Пруденсио, М. И. Диас и Дж. К. Варенборг (ред.), Понимание людей через их керамику, 139–149 (Trabalhos de Arqueologia 42). Лиссабон: Португальский институт археологии.
- Мартинон-Торрес, М., Ререн, Т. 2005б. Алхимия, химия и металлургия в Европе эпохи Возрождения. Более широкий контекст огневого анализа остается в «Исторической металлургии: журнал Общества исторической металлургии», 39(1): 14-31.
- Мартинон-Торрес, М., Ререн, Т., Томас, Н., Монджиатти, А. 2009. Определение материалов, рецептов и выбора: некоторые предложения по изучению археологических купелей. В Гиумла-Майр, А. и др., Археометаллургия в Европе: 1-11 Милан: AIM.
- Перницка, Э., Ререн, Т., Шмитт-Штрекер, С. 1998. Производство серебра в позднем Уруке методом купелирования в Хабуба Кабира, Сирия, в Metallurgica Antiqua: в честь Ханса-Герта Бахмана и Роберта Мэддина, Бахманн, Х.Г., Мэддин, Роберт, Ререн, Тило, Гауптманн, Андреас, Мюли, Джеймс Дэвид, Немецкий горный музей: 123-134.
- Ререн, Т.1996. Алхимия и огневой анализ – аналитический подход, в журнале «Историческая металлургия» 30: 136–142.
- Ререн, Т. 2003. Тигли как реакционные сосуды в древней металлургии, П.Т. Крэддок и Дж. Лэнг (ред.), Горное дело и производство металлов на протяжении веков, 207-215. Лондон. Издательство Британского музея.
- Ререн, Т., Экстайн, К. 2002. Развитие аналитического купелирования в средние века, в Э. Джереме и К. Т. Биро (ред.) Археометрия 98. Материалы 31-го симпозиума, Будапешт, 26 апреля – 3 мая 1998 г. (Оксфорд BAR International Series 1043 – Центральноевропейская серия 1), 2: 445-448.
- Ререн Т., Шнайдер Дж., Бартельс Хр. 1999. Средневековая плавка свинца-серебра в Зигерланде, Западная Германия. В исторической металлургии: журнал Исторического металлургического общества. 33: 73-84. Шеффилд: Историческое металлургическое общество.
- Тайлекот, РФ, 1992. История металлургии. Второе издание Мани для Института материалов. Лондон.
- Ван Бюрен М., Миллс Б. 2005. Уайрачины и токочимбос: традиционная технология плавки южных Анд, в Latin American Antiquity 16 (1): 3-25.
- Вуд Дж.Р., Сюй, Ю.Т. и Белл, К. 2021. Отправка Лауриона назад в будущее: серебро бронзового века и источник путаницы, Интернет-археология 56. https://doi.org/10.11141/ia.56.9
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Археологический проект Порко-Потоси
- people.hsc.edu
- whc.unesco.org
- searchworks.stanford.edu
- gabrielbernat.es
- riotinto.com
- galileo.rice.edu
- Седерберг, А. 2011. Серебро Эйвинда Скалдаспиллира – аффинаж и стандарты в доденежной экономике в свете находок из Сигтуны и Готланда. Situne Dei 2011. Эдберг, Р. Викстрем, А. (ред.). Сигтуна.