Купелирование - Cupellation

Шестнадцатое Купелирование века печь (на Agricola )

Купелирование - это процесс рафинирования в металлургии, где руды или легированные металлы обрабатываются при очень высоких температурах и имеют контролируемые операции по отделению благородных металлов , таких как золото и серебро , от неблагородных металлов , таких как свинец , медь , цинк , мышьяк , сурьма или висмут , присутствует в руде. Этот процесс основан на том принципе, что драгоценные металлы не окисляются и не вступают в химические реакции, в отличие от основных металлов, поэтому, когда они нагреваются при высоких температурах, драгоценные металлы остаются отдельно, а другие реагируют, образуя шлаки или другие соединения.

С раннего бронзового века этот процесс использовался для получения серебра из плавленых свинцовых руд. В средние века и в эпоху Возрождения купелирование было одним из наиболее распространенных способов очистки драгоценных металлов. К тому времени огнестойкие пробы использовались для анализа минералов, то есть для тестирования свежих металлов, таких как свинец, и переработанные металлы, чтобы определить их чистоту для изготовления ювелирных изделий и монет . Купелирование все еще используется сегодня.

Процесс

Крупномасштабная купеляция

Самородное серебро - редкий элемент, хотя и существует как таковое. Обычно он 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, производство первичного серебра требует плавки , а затем Купелирование из серебросодержащих свинцовых руд.

Свинец плавится при 327 ° C, оксид свинца при 888 ° C и серебро плавится при 960 ° C. Для отделения серебра сплав снова плавят при высокой температуре от 960 ° C до 1000 ° C в окислительной среде. Свинец окисляется до монооксида свинца , известного как глет , который захватывает кислород из других присутствующих металлов. Жидкий оксид свинца удаляется или абсорбируется капиллярным действием в футеровке пода. Эту химическую реакцию можно рассматривать как:

Ag (тв) + 2 Pb (тв) + O
2(г) → 2 PbO (абсорбировано) + Ag (л)

Основание очага было вырыто в виде кастрюли и покрыто инертным и пористым материалом, богатым кальцием или магнием, таким как ракушки, известь или костная зола. Футеровка должна быть известковой, потому что свинец реагирует с кремнеземом (соединениями глины) с образованием вязкого силиката свинца, который препятствует необходимому поглощению глета, тогда как известковые материалы не вступают в реакцию со свинцом. Некоторая часть гниения испаряется, а остальная часть поглощается пористой землей, образуя «лепешки».

Лепешки обычно круглые или вогнуто-выпуклые, диаметром около 15 см. Они являются наиболее распространенным археологическим свидетельством купелирования в раннем бронзовом веке . По их химическому составу археологи могут сказать, какая руда была обработана, ее основные компоненты и химические условия, использованные в процессе. Это позволяет получить представление о производственном процессе, торговле, социальных потребностях или экономической ситуации.

Мелкомасштабная купеляция

Купелирование в малом масштабе основано на том же принципе, что и купелирование в очаге; основное различие заключается в количестве материала, который необходимо проверить 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 руды из рудников, проверка количества серебра в драгоценных камнях или монетах или в экспериментальных целях. Он проводился в небольших неглубоких резервуарах, известных как купели.

Поскольку основная цель мелкомасштабной купелирования заключалась в анализе и тестировании минералов и металлов, тестируемый материал должен быть тщательно взвешен. Анализы проводились в печи для купелирования или аналитической печи, которая должна иметь окна и сильфон, чтобы убедиться, что воздух окисляет свинец , а также чтобы быть уверенным и подготовленным к удалению капеля по окончании процесса. К исследуемому веществу необходимо добавить чистый свинец, чтобы гарантировать дальнейшее отделение примесей. После того, как глет был поглощен чашей, были сформированы серебряные пуговицы, которые расположились в центре чаши. Если сплав также содержал определенное количество золота, он оседал вместе с серебром, и их приходилось разделять разделением .

Чашечки

Латунные формы для изготовления чашек

Основным инструментом для мелкомасштабного купелирования был купель. Чашечки изготавливались очень аккуратно. Раньше это были небольшие сосуды в форме перевернутого усеченного конуса, сделанные из костного пепла. По словам Георга Агриколы , лучший материал был получен из обожженных рогов оленей, хотя рыбьи иглы тоже могли подойти. Зола должна быть измельчена в мелкий и однородный порошок и смешана с каким-нибудь липким веществом, чтобы сформировать чаши. Формы были из меди без дна, чтобы можно было снимать чаши. Неглубокую выемку в центре чашечки делали округлым пестиком. Размеры чашек зависят от количества анализируемого материала. Такая же форма сохраняется до настоящего времени.

Археологические исследования, а также археометаллургический анализ и письменные тексты эпохи Возрождения продемонстрировали существование различных материалов для их изготовления; они могли быть сделаны также из смеси костей и древесной золы, плохого качества, или вылеплены из смеси такого рода в нижней части с верхним слоем костной золы. Различные рецепты зависят от опыта пробирного или от специальной цели, для которой он был изготовлен (пробы для чеканки , ювелирных изделий, проверка чистоты переработанного материала или монет). Археологические данные показывают, что на заре создания небольших купелей использовались черепки или глиняные чаши.

История

Первое известное использование серебра было на Ближнем Востоке в Анатолии и Месопотамии в 4 и 3 тысячелетиях до нашей эры, в раннем бронзовом веке . Археологические находки предметов из серебра и свинца вместе с глинами и шлаком изучались в различных местах. Хотя это было интерпретировано как извлечение серебра из свинцовых руд, было также высказано предположение, что свинец добавлялся для сбора серебра из видимых серебряных минералов, встроенных в вмещающую породу. В обоих случаях серебро может быть извлечено из металлического свинца купелированием.

В течение следующего железного века купелирование производилось путем сплавления деградированных металлов с избытком свинца, слиток или продукт, полученный в результате этого плавления, затем нагревали в печи купелирования для отделения благородных металлов. Такие шахты, как Рио-Тинто , недалеко от Уэльвы в Испании , стали важным политическим и экономическим объектом для многих людей в Средиземном море , а также для Лауриона в Греции . Около 500 г. до н.э. контроль над рудниками Лауриона дал Афинам политическое преимущество и власть в Средиземном море, так что они смогли победить персов .

В римские времена империи требовалось большое количество свинца, чтобы поддерживать римскую цивилизацию на огромной территории; они искали открытые свинцово-серебряные рудники в любой захваченной ими области. Серебряная чеканка стала обычным средством обмена, поэтому производство серебра и контроль над рудниками дали экономическую и политическую власть. Во времена Римской империи стоило добывать свинцовые руды, если содержание серебра в них составляло 0,01% или более.

Происхождение использования купеляции для анализа неизвестно. Одно из самых ранних письменных упоминаний о купелях - это Теофил Диверс Арс в 12 веке нашей эры. Затем этот процесс мало изменился до 16 века.

Мелкомасштабное купелирование можно считать наиболее важным методом пробирного анализа, разработанным в истории, и, возможно, источником химического анализа. Большинство письменных свидетельств относится к эпохе Возрождения 16 века. Ваннокчо Бирингуччо , Георг Агрикола и Лазарь Эркер , среди прочих, писали об искусстве добычи и испытания руд, а также подробно описывали купелирование. Их описания и предположения были обнаружены в различных археологических находках в Европе средневековья и эпохи Возрождения. К этому времени количество пожарных проб значительно увеличилось, в основном из-за испытания руд в шахтах с целью определения возможности их эксплуатации. Первоначальное использование купелирования было связано с чеканкой, а также при проверке ювелирных изделий. Со времен Возрождения купелирование стало стандартизированным методом анализа, который мало изменился, демонстрируя его эффективность. Его развитие, безусловно, коснулось сфер экономики, политики, войны и власти в древние времена.

Новый мир

Огромное количество доиспанских серебряных украшений, особенно известных в Перу , Боливии и Эквадоре, поднимает вопрос о том, получали ли доиспанские цивилизации сырье из местных руд или из железисто-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 были рудники в Таско, Мексике и Потоси в Боливии.

Некоторые виды доменных печей, называемых хуайрахинами, были описаны в колониальных текстах, как печи по местной технологии, используемые в Перу и Боливии для плавки руды, добываемой на серебряных рудниках, принадлежащих испанцам. Хотя это не окончательно, считается, что такие печи могли использоваться до испанского завоевания. Этноархеологические и археологические исследования в муниципалитете Порко , Потоси , Боливия , предложили доевропейское использование хуайрахин.

Нет никаких конкретных археологических отчетов о плавке или добыче серебра в Андах до инков . Однако серебряные и свинцовые артефакты были найдены в центральных высокогорьях Перу и датированы доинкским и инкским периодами. Судя по присутствию свинца в серебряных артефактах, археологи предполагают, что здесь могло происходить купелирование.

Смотрите также

использованная литература

Библиография

  • Бейли, Дж. 1995. Рафинирование драгоценных металлов, в брошюрах Общества исторической металлургии: https://web.archive.org/web/20160418021923/http://hist-met.org/hmsdatasheet02.pdf (по состоянию на 13 января 2010 г.)
  • Бейли, Дж. 2008 Средневековая обработка драгоценных металлов: сравнение археологии и современных текстов, Мартинон-Торрес, М. и Ререн, Т. (ред.) Археология, история и наука: объединение подходов к древним материалам. Left Coast Press: 131-150.
  • Бейли, Дж., Экштейн, К. 2006. Римские и средневековые глетчерные лепешки: структура и состав, в J. Pérez-Arantegui (ed) Proc. 34-й Int. Симпозиум по археометрии. Institución Fernando el Católito, CSIC, Сарагоса: 145–153. (PDF)
  • Бейли, Дж., Ререн, Т. 2007. К функциональной и типологической классификации тиглей, в La Niece, S и Craddock, P (eds) Metals and Mines. Исследования в области археометаллургии. Книги архетипов: 46-55
  • Бейли, Дж., Кроссли, Д. и Понтинг, М. (ред.). 2008. Металлы и металлообработка. Рамки исследования для археометаллургии. Историческое металлургическое общество 6.
  • Craddock, PT 1991. Горное дело и плавка в древности, в Bowman, S. (ed), Science and the Past, London: British Museum Press: 57-73 ..
  • Craddock, PT 1995. Добыча и производство первых металлов. Эдинбург: Издательство Эдинбургского университета.
  • Гувер Х. и Гувер Х. 1950 [1556]. Георгиус Агрикола Де Ре Металлика . Нью-Йорк: Дувр.
  • Хоу, Э., Петерсен, У. 1994. Серебро и свинец в поздней предыстории долины Монтаро, Перу. В Скотт Д. и Мейерс П. (ред.) Археометрия доколумбовых памятников и артефактов: 183–197. Институт сохранения Гетти.
  • Лаурион и Торикос (по состоянию на 15 января 2010 г.)
  • Джонс, Г. Д. 1980. Римские рудники в Риотинто, в "Журнале римских исследований" 70: 146-165. Общество поощрения римских исследований.
  • Джонс, Д. (ред) 2001. Археометаллургия. Центр археологических указаний. Публикации «Английское наследие». Лондон.
  • Карстен, Х., Хауптманн, Х., Райт, Х., Уоллон, Р. 1998. Свидетельства добычи серебра в четвертом тысячелетии до нашей эры в Фатмали-Каледжике, Восточная Анатолия. в Metallurgica Antiqua: в честь Ганса-Герта Бахмана и Роберта Мэддина Бахманном, Х.Г., Маддином, Робертом, Ререном, Тило, Хауптманном, Андреасом, Мухли, Джеймсом Дэвидом, Deutsches Bergbau-Museum: 57-67
  • Кассианиду, В. 2003. Раннее извлечение серебра из сложных полиметаллических руд, в Крэддоке, П. Т. и Ланг, Дж. (Ред.) Горное дело и производство металлов на протяжении веков. Лондон, British Museum Press: 198-206.
  • Лехтман, Х. 1976. Обследование металлургических участков в перуанских Андах, в Journal of field Archeology 3 (1): 1-42.
  • Мартинон-Торрес, М., Ререн, Т. 2005a. Керамические материалы в практике пробирного огня: тематическое исследование лабораторного оборудования 16-го века, в М. И. Пруденсио, М. И. Диас и Дж. К. Веренборх (ред.), «Понимание людей через их керамику», 139–149 (Trabalhos de Arqueologia 42). Лиссабон: Instituto Portugues de Arqueologia.
  • Мартинон-Торрес, М., Ререн, Т. 2005b. Алхимия, химия и металлургия в Европе эпохи Возрождения. Более широкий контекст пробирного огня остается в «Исторической металлургии: журнал Общества исторической металлургии», 39 (1): 14-31.
  • Мартинон-Торрес, М., Ререн, Т., Томас, Н., Монгиатти, А. 2009. Определение материалов, рецептов и вариантов выбора: некоторые предложения по изучению археологических купелей. В Giumla-Mair, A. et al., Археометаллургия в Европе: 1-11 Милан: AIM
  • Pernicka, E., Rehren, Th., Schmitt-Strecker, S. 1998. Производство серебра в позднем Уруке купелированием на заводе Habuba Kabira, Сирия в Metallurgica Antiqua: в честь Ганса-Герта Бахмана и Роберта Маддина Бахманом, Х. Маддин, Роберт, Ререн, Тило, Гауптман, Андреас, Мухли, Джеймс Дэвид, Deutsches Bergbau-Museum: 123-134.
  • Rehren, Th.1996. Алхимия и пробирный огонь - аналитический подход, в исторической металлургии 30: 136-142.
  • Rehren, Th. 2003. Тигли как реакционные сосуды в древней металлургии, в PT Craddock и J. Lang (eds), Mining and Metal Production through the Ages, 207-215. Лондон. Британский музей прессы.
  • Ререн, Т., Экштейн, К. 2002. Развитие аналитической купелляции в средние века, в Э. Джереме и К.Т. Биро (ред.) Археометрия 98. Труды 31-го симпозиума, Будапешт, 26 апреля - 3 мая 1998 г. (Оксфорд BAR International Series 1043 - Central European Series 1), 2: 445-448.
  • Rehren, Th., Schneider, J., Bartels, Chr. 1999 г. Средневековая плавка свинца и серебра в Зигерланде, Западная Германия. В исторической металлургии: журнал Общества исторической металлургии. 33: 73-84. Шеффилд: Историческое металлургическое общество.
  • Тайлекот, РФ 1992. История металлургии. Второе издание Манея для Института материалов. Лондон.
  • Ван Бурен, М., Миллс, Б. 2005. Huayrachinas и Tocochimbos: Традиционная технология плавки южных Анд, в латиноамериканской древности 16 (1): 3-25
  • Вуд Дж. Р., Хсу, Ю. Т. и Белл, К. 2021 г. Отправляя Лауриона назад в будущее: серебро бронзового века и источник путаницы, Интернет-археология 56. https://doi.org/10.11141/ia.56.9

внешние ссылки