Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Сидящий Будда из Таиланда ( ок. 1800 г.) из мышьяковистой бронзы.

Мышьяковая бронза - это сплав, в котором мышьяк , в отличие от олова или других составляющих металлов , или в дополнение к ним , добавляется к меди для получения бронзы . Использование мышьяка с медью в качестве вторичного компонента или с другим компонентом, таким как олово, приводит к более прочному конечному продукту и лучшим характеристикам литья . [1]

Медная руда часто естественно загрязнена мышьяком; следовательно, термин «мышьяковая бронза», когда он используется в археологии , обычно применяется только к сплавам с содержанием мышьяка выше 1% по весу, чтобы отличить его от потенциально случайных добавок мышьяка. [2]

Истоки в доисторической эпохе [ править ]

Медные и мышьяковые руды
Название рудыХимическая формула
АрсенопиритFeAsS
ЭнаргитеCu 3 AsS 4
ОливенитCu 2 (AsO 4 ) OH
ТеннантитCu 12 As 4 S 13
МалахитCu 2 (OH) 2 CO 3
АзуритCu 3 (OH) 2 (CO 3 ) 2

Хотя мышьяковая бронза встречается в археологических записях по всему миру, самые ранние известные артефакты , датируемые 5 тысячелетием до нашей эры , были найдены на иранском плато . [3] Мышьяк присутствует в количестве медных отработанных руд (смотрите таблицу справа, приспособленной от Lechtman & Klein, 1999 ), [4] и , следовательно , некоторые загрязнения меди с мышьяком будут неизбежно. Однако до сих пор не совсем ясно, в какой степени мышьяк был намеренно добавлен в медь [5]и в какой степени его использование было связано просто с его присутствием в медных рудах, которые затем обрабатывались плавкой для получения металла.

Реконструкция возможной последовательности событий в доисторические времена включает рассмотрение структуры месторождений медной руды, которые в основном представляют собой сульфиды. [6] Поверхностные минералы могут содержать некоторую самородную медь и окисленные минералы, но большая часть меди и других минералов вымывается дальше в рудное тело, образуя зону вторичного обогащения. Сюда входят многие минералы, такие как теннантит с их мышьяком, медью и железом . Таким образом, сначала использовались бы поверхностные отложения; при некоторой работе были бы обнаружены и отработаны более глубокие сульфидные руды, и было бы обнаружено, что материал с этого уровня имеет лучшие свойства.

Используя эти различные руды, существует четыре возможных метода, которые могли использоваться для производства бронзовых сплавов на основе мышьяка. [3] Это:

  • Прямое добавление содержащих мышьяк металлов или руд, таких как реальгар, в расплавленную медь.
Этот метод, хотя и возможен, не имеет доказательств.
  • Снижение из сурьмы водоносного меди арсенаты или блеклорудно для получения высоколегированных сплавов в мышьяка и сурьмы.
Это вполне реально.
  • Восстановление обожженных сульфарсенидов меди, таких как теннантит и энаргит .
Этот метод приведет к образованию токсичных паров оксида мышьяка и потере значительной части мышьяка, присутствующего в рудах. [7]
  • Совместная выплавка оксидных и сульфидных руд, таких как малахит и арсенопирит .
Было продемонстрировано, что этот метод работает хорошо, так как при его использовании выделяется мало опасных паров из-за совместных реакций между различными минералами. [4]

Более того, Thornton et al. Предполагают, что рабочие-металлисты будут более опытными. [8] Они предполагают, что арсенид железа был намеренно произведен как часть процесса плавки меди, чтобы продавать и использовать для производства мышьяковистой бронзы в других местах путем добавления к расплавленной меди.

Артефакты из мышьяковистой бронзы покрывают весь спектр металлических предметов, от топоров до украшений. Метод изготовления заключался в нагревании металла в тиглях и заливке его в формы из камня или глины. После затвердевания его можно было отполировать или, в случае топоров и других инструментов, упрочнить путем нанесения ударов молотком по рабочей кромке, утонения металла и увеличения его прочности. [6] Готовые предметы также могли быть выгравированы или украшены соответствующим образом.

Преимущества мышьяковой бронзы [ править ]

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 в горячем металле с образованием оксидов мышьяка, которые испаряются из жидкого металла. Если в жидкой меди растворено большое количество кислорода, то при охлаждении металла оксид меди отделяется на границах зерен и значительно снижает пластичность получаемого объекта. Однако его использование может привести к большему риску образования пористых отливок из-за растворения водорода в расплавленном металле и его последующей потери в виде пузыря (хотя любые пузыри могут быть сварены методом кузнечной сварки, и при этом масса металла остается готовой к быть закаленным в работе). [1]

Во-вторых, этот сплав обладает большей способностью к деформационному упрочнению, чем в случае чистой меди, поэтому он лучше работает при резке или рубке. Повышение способности к деформационному упрочнению возникает с увеличением процентного содержания мышьяка, и бронза может подвергаться деформационному упрочнению в широком диапазоне температур, не опасаясь охрупчивания. [1] Его улучшенные свойства по сравнению с чистой медью можно увидеть при содержании всего от 0,5 до 2 мас.% As, что дает 10-30% улучшение твердости и прочности на разрыв. [7]

В-третьих, при правильном процентном соотношении он может придать изделию серебристый блеск. Имеются свидетельства существования бронзовых кинжалов, содержащих мышьяк, с Кавказа и других артефактов из разных мест, имеющих богатый мышьяком поверхностный слой, который, возможно, был специально изготовлен древними мастерами [9], а мексиканские колокола были сделаны из меди с достаточным количеством мышьяка для их окраски. серебро. [7]

Мышьяковая бронза, памятники и цивилизации [ править ]

Репродукции ножей бронзового века из бронзы с высоким содержанием мышьяка (слева) и оловянной бронзы (в центре и справа). В зависимости от содержания мышьяка цвет сплава бывает от бледно-красного до серебристого.

Мышьяковая бронза использовалась многими обществами и культурами по всему миру. Во-первых, Иранское плато , за которым следует прилегающая территория Месопотамии, вместе охватывающая современный Иран, Ирак и Сирию, как уже упоминалось ранее, является самой ранней в мире металлургией мышьяковистой бронзы. Он использовался с 4-го тысячелетия до нашей эры до середины 2-го тысячелетия до нашей эры , то есть период почти 2000 лет. В течение этого периода содержание мышьяка в артефактах сильно варьировалось, поэтому невозможно было точно сказать, сколько мышьяка было добавлено намеренно, а какое случайно. [5] Общества, использующие мышьяковую бронзу, включают аккадцев , жителей Ура и амореев., все они базировались вокруг рек Тигр и Евфрат и являлись центрами торговых сетей, которые распространяли мышьяковую бронзу по Ближнему Востоку в эпоху бронзы. [5]

В энеолита -период Клад из Нахаль Мишмар в Иудейской пустыне к западу от Мертвого моря содержит ряд мышьяковистой бронзы (4-12% мышьяка) и , возможно , мышьяком меди артефакты сделаны с использованием процесса выплавляемым восковым , самое раннее известное использование этого комплекса техника. «Углерод-14 датирование тростниковой циновки, в которую были завернуты предметы, предполагает, что она датируется по крайней мере 3500 г. до н.э.. Именно в этот период использование меди стало широко распространенным в Леванте, что свидетельствует о значительных технологических разработках, которые параллельны крупным социальным достижениям в регионе." [10]

Сульфидные отложения часто представляют собой смесь сульфидов различных металлов, таких как медь, цинк, серебро, мышьяк, ртуть, железо и другие металлы. ( Сфалерит (ZnS с большим или меньшим количеством железа), например, не редкость в месторождениях сульфида меди, а выплавляемым металлом будет латунь, которая и тверже, и долговечнее меди.) Теоретически металлы можно было бы отделить, но Полученные сплавы обычно были намного прочнее, чем металлы по отдельности.

Использование мышьяковистой бронзы распространение вдоль торговых путей на северо - западе Китая, в провинции Ганьсу - Цинхай области, с Сиба , Qijia и культур Tianshanbeilu . Однако до сих пор неясно, были ли артефакты из мышьяковистой бронзы импортированы или произведены на месте, хотя последнее, как предполагается, более вероятно из-за возможной местной эксплуатации минеральных ресурсов. С другой стороны, артефакты демонстрируют типологическую связь с евразийской степью. [11]

В период энеолита в Северной Италии , с культурами Ремеделло и Ринальдоне в период с 2800 по 2200 год до нашей эры, использовалась мышьяковая бронза. Действительно, кажется, что в то время наиболее распространенным сплавом, использовавшимся в бассейне Средиземного моря, была мышьяковая бронза. [12]

В Южной Америке мышьяковая бронза была преобладающим сплавом в Эквадоре, а также на севере и в центре Перу из-за присутствия там богатых мышьякосодержащих руд. Напротив, южные и центральные Анды, юг Перу, Боливия и некоторые части Аргентины были богаты оловянной рудой касситеритом и, следовательно, не использовали мышьяковистую бронзу. [7]

Сиканская культура северо - западной прибрежной Перу славится использование мышьяковистой бронзы в период от 900 до 1350 AD. [13] Мышьяковая бронза сосуществовала с оловянной бронзой в Андах, вероятно, из-за ее большей пластичности, что означало, что ее можно было легко расколоть на тонкие листы, которые ценились в местном обществе. [7]

Мышьяковая бронза после бронзового века [ править ]

Археологические данные в Египте , Перу и на Кавказе предполагают, что мышьяковая бронза производилась какое-то время вместе с оловянной бронзой. В Тепе Яхья его использование продолжалось и в железный век для изготовления безделушек и декоративных предметов [3], тем самым демонстрируя, что не было простой смены сплавов с течением времени, когда новые сплавы превосходного качества заменяли старые. Есть несколько реальных металлургических преимуществ перед оловянной бронзой [1].и ранние авторы предположили, что мышьяковая бронза была прекращена из-за ее воздействия на здоровье. Более вероятно, что он был постепенно выведен из употребления, потому что легирование оловом давало отливки, которые имели такую ​​же прочность, как и мышьяковистая бронза, но не требовали дальнейшего деформационного упрочнения для достижения полезной прочности. [6] Также вероятно, что более определенные результаты могут быть достигнуты с использованием олова, потому что его можно было добавлять непосредственно в медь в определенных количествах, тогда как точное количество добавляемого мышьяка было гораздо труднее измерить из-за производства процесс. [7]

Влияние на здоровье использования мышьяковистой бронзы [ править ]

Мышьяк - это элемент с температурой испарения 615 ° C, поэтому оксид мышьяка будет утерян из расплава до или во время литья, а пары от огня при добыче и переработке руды давно известны тем, что поражают глаза, легкие и кожу. . [14]

Хроническое отравление мышьяком приводит к периферической невропатии , которая может вызвать слабость в ногах и ступнях. Было высказано предположение [ согласно кому? ], что это лежит в основе легенды о хромых кузнецах, таких как греческий бог Гефест . [ необходима цитата ]

Хорошо сохранившаяся мумия человека, жившего около 3200 г. до н.э. [15], найденная в Эцтальских Альпах , широко известная как Эци , показала высокий уровень как частиц меди, так и мышьяка в его волосах. Это, а также медный топор Эци, который на 99,7% состоит из меди, заставили ученых предположить, что он участвовал в плавке меди . [16]

Современное использование мышьяковой бронзы [ править ]

Мышьяковая бронза в наше время не нашла применения. Похоже, что ближайший эквивалент - это мышьяковая медь , определяемая как медь с содержанием As менее 0,5 мас.%, Что ниже допустимого процентного содержания в археологических артефактах. Присутствие 0,5 мас.% Мышьяка в меди снижает электропроводность до 34% от проводимости чистой меди, и даже всего 0,05 мас.% Снижает ее на 15%. [7]

См. Также [ править ]

  • Мышьяковая медь

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d Чарльз, JA (январь 1967). «Ранние мышьяковистые бронзы - металлургический взгляд». Американский журнал археологии . 71 (1): 21–26. DOI : 10.2307 / 501586 . JSTOR  501586 .
  2. ^ P Budd и BS Ottoway. 1995. Энеолит Мышьяковая медь - шанс или выбор? В: Борислав Йованович (ред.) Древняя горная промышленность и металлургия в Юго-Восточной Европе, Международный симпозиум, Археологический институт, Белград и Музей горного дела и металлургии, Бор, стр. 95.
  3. ^ а б в Торнтон, КП; Ламберг-Карловский, СС; Лизерс, М .; Молодой, SMM (2002). «На булавках и иглах: отслеживание эволюции легирования на основе меди в Тепе Яхья, Иран, с помощью анализа обычных предметов с помощью ИСП-МС». Журнал археологической науки . 29 Если растворено много кислорода (29): 1451–1460. DOI : 10,1006 / jasc.2002.0809 .
  4. ^ a b Lechtman, H .; Кляйн, С. (1999). «Производство медно-мышьяковых сплавов (мышьяковистой бронзы) методом переплавки: современный эксперимент, древняя практика». Журнал археологической науки . 26 (5): 497–526. DOI : 10,1006 / jasc.1998.0324 . S2CID 128547259 . 
  5. ^ a b c De Ryck, I .; Adriens, A .; Адамс, Ф. (2005). «Обзор месопотамской металлургии бронзы в 3-м тысячелетии до нашей эры» (PDF) . Журнал культурного наследия . 6 (3): 261–268. DOI : 10.1016 / j.culher.2005.04.002 . hdl : 1854 / LU-329902 . [ постоянная мертвая ссылка ]
  6. ^ а б в Тайлекот, РФ (1992). История металлургии (2-е изд.). Лондон: издательство Maney. ISBN 0-901462-88-8.
  7. ^ a b c d e f g Лехтман, Хизер (зима 1996 г.). «Мышьяковая бронза: грязная медь или выбранный сплав? Взгляд из Америки». Журнал полевой археологии . 23 (4): 477–514. DOI : 10.2307 / 530550 . JSTOR 530550 . 
  8. ^ Торнтон, CP; Rehren, T .; Пиггот, ВК (2009). «Производство шпейса (арсенида железа) в эпоху ранней бронзы в Иране». Журнал археологической науки . 36 (2): 308–316. DOI : 10.1016 / j.jas.2008.09.017 .
  9. ^ Рындина, N (2009). «Возможности металлографии в исследовании ранних объектов из меди и медных сплавов». Журнал Исторического металлургического общества . 43 : 1–18.
  10. ^ Нахаль Мишмар сокровищ в музее Метрополитен
  11. ^ Jianjun Мэй, страница 9 в металлургии и цивилизации, Евразии и запределами, изд: Jianjun Мэй и Тило Ререне. Труды 6-й международной конференции по истокам использования еды и сплавов (BUMA VI), 2009, публикации Archetype, Лондон.
  12. ^ Eaton, ER 1980. Ранняя металлургия в Италии. В: под ред. WA Oddy , Аспекты ранней металлургии , случайная статья 17, Публикации Британского музея, Лондон.
  13. ^ Hörz, G .; Каллфасс, М. (декабрь 1998 г.). «Металлообработка в Перу, декоративные предметы из Королевских гробниц Сипана». Журнал материалов . 50 (12): 8. DOI : 10.1007 / s11837-998-0298-2 . S2CID 136482156 . 
  14. ^ Харпер, М. (1987). «Возможное воздействие токсичных металлов на доисторических бронзовых рабочих» . Британский журнал промышленной медицины . 44 (10): 652–656. DOI : 10.1136 / oem.44.10.652 . PMC 1007896 . PMID 3314977 .  
  15. ^ Определение возраста образцов тканей, костей и травы от Ötztal Ice Man (PDF; 476 kB)
  16. ^ <Добавьте первых пропавших без вести авторов для заполнения метаданных.> (16 сентября 2002 г.), последняя трапеза Айсмэна , BBC News

Внешние ссылки [ править ]

  • «Плотники из мышьяковистой меди с Наксоса, около 2700–2200 гг. До н.э.» . Британский музей . Архивировано из оригинала на 2007-11-09.
  • «Страница результатов с некоторой информацией о мышьяковистой бронзе» . Сиканский археологический проект. Архивировано из оригинала 2010-04-07.