Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Шестнадцатого века Купелирование печи (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. [1] [2] [3] Этот процесс основан на том принципе, что драгоценные металлы неокисляются или вступают в химическую реакцию, в отличие от основных металлов, поэтому, когда они нагреваются при высоких температурах, драгоценные металлы остаются отдельно, а другие реагируют, образуя шлаки или другие соединения. [4]

С раннего бронзового века этот процесс использовался для получения серебра из плавленых свинцовых руд. [5] В средние века и в эпоху Возрождения купелирование было одним из наиболее распространенных процессов очистки драгоценных металлов. К тому времени пробирный анализ использовался 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. [4] [6]

Процесс [ править ]

Крупномасштабная купеляция [ править ]

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. [7] [4]

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 [8] [9] [10] 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. [11] 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. [7] Часть глета испаряется, а остальная часть поглощается пористой землей, образуя «лепешки». [9] [12]

Лепешки обычно круглые или вогнуто-выпуклые, диаметром около 15 см. Они являются наиболее распространенным археологическим свидетельством купелирования в раннем бронзовом веке . [13] По химическому составу археологи могут сказать, какая руда обрабатывалась, ее основные компоненты и химические условия, использованные в процессе. Это позволяет получить представление о производственном процессе, торговле, социальных потребностях или экономической ситуации.

Купелирование малого масштаба [ править ]

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. [4] [14] [15] Это проводилось 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 быть уверенным и подготовленным к удалению капеля по окончании процесса. В тестируемое вещество 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. [6] Если сплав также содержал определенное количество золота, он оседал вместе с серебром, и их нужно было разделить разделением.. [16]

Купели [ править ]

Латунные формы для изготовления чашек

Основным инструментом для мелкомасштабного купелирования был купель. Изготовление чашечек было очень тщательным. Раньше это были небольшие сосуды в форме усеченного перевернутого конуса, сделанные из костного золы. По словам Георга Агриколы , [17] лучший материал был получен из сожженных рогов оленей , хотя рыбы колючки могут работать. 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. [5] [18] [6] 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. [16] [19][20]

История [ править ]

Первое известное использование серебра было на Ближнем Востоке в Анатолии и Месопотамии в 4-м и 3-м тысячелетиях до нашей эры [21] [22] в раннем бронзовом веке . Археологические находки серебряных и свинцовых предметов вместе с глинами и шлаком были изучены в различных местах, и металлургический анализ показывает, что к тому времени люди уже уверенно извлекали серебро из свинцовых руд, поэтому этот метод был известен раньше.

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. [23] Такие шахты, как Рио-Тинто , недалеко от Уэльвы в Испании , стали важным политическим и экономическим объектом для многих жителей Средиземного моря , а также Лауриона в Греции . [24] Около 500 г. до н.э. контроль над рудниками Лауриона дал Афинам политическое преимущество и власть в Средиземноморье, так что они смогли победить персов.. [25]

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. [26]

Происхождение использования купеляции для анализа неизвестно. Одно из самых ранних письменных упоминаний о купелях - это Теофил Диверс Арс в 12 веке нашей эры. [27] Затем этот процесс мало изменился до 16 века. [20]

Мелкомасштабное купелирование можно считать наиболее важным испытанием на огнестойкость, разработанным в истории, и, возможно, источником химического анализа. [5] Большинство письменных свидетельств относится к эпохе Возрождения 16 века. Ваннокчо Бирингуччо , [28] Георг Агрикола и Лазарь ЭркерСреди прочего, он писал об искусстве добычи и испытания руд, а также подробно описывал 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. [20] С эпохи 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 [ править ]

Огромное количество доиспанских серебряных украшений, особенно известных из Перу , Боливии и Эквадора, поднимает вопрос, 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 хуайрахинас, были описаны в колониальных текстах, как печи местных технологий, 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. [29]

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 произойти купелирование. [30]

См. Также [ править ]

  • Алхимия
  • Археометрия
  • Кислородный конвертер с донной продувкой
  • История алхимии
  • История химии
  • Философский камень

Ссылки [ править ]

  1. ^ Ререн, Th., Мартинон-Торрес, М, 2003
  2. Перейти ↑ Bayley, J., Rehren, Th. 2007 г.
  3. Перейти ↑ Craddock, PT 1995
  4. ^ a b c d Бэйли, Дж. 2008 г.
  5. ^ a b c Rehren, Th., Eckstein, K. 2002
  6. ^ a b c Гувер, Х. и Гувер, Х. 1950 [1556]
  7. ^ a b Кассианиду, В. 2003
  8. ↑ Craddock, PT 1995: 223
  9. ^ a b Бэйли, Дж., Кроссли, Д. и Понтинг, М. (ред.). 2008 г.
  10. ^ Pernicka, E.др, 1998
  11. Перейти ↑ Bayley, J., Eckstein, K. 2006
  12. ^ Pernicka, E., et al. 1998 г.
  13. Перейти ↑ Bayley, J. 2008: 134
  14. ^ Мартинон-Торрес, М., Ререн, Th. 2005a
  15. ^ Мартинон-Торрес, М. и др. 2009 г.
  16. ^ а б Джонс, Д. (ред) 2001
  17. ↑ Hoover, H. и Hoover, H. 1950 [1556]
  18. ^ Мартинон-Торрес, М. и др. 2009 г.
  19. Перейти ↑ Craddock, PT 1991
  20. ^ a b c Мартинон-Торрес, М., Ререн, Т. 2005b
  21. ^ Pernicka, E. et al. 1998 г.
  22. ^ Карстен Х. и др., 1998
  23. ^ Ререн, Th., Экштайн, K 2002
  24. ^ Tylecote, RF 1992
  25. ^ "Лаурион и Торикос" . Проверено 15 января 2010 года .
  26. ^ Tylecote, РФ, 1992
  27. ^ In Rehren, Th. 2003 г.
  28. ^ Пиротехника Ваннокчо Бирингуччо , тр. Сирил Стэнли Смит и Марта Тич Гнуди , Нью-Йорк: Американский институт инженеров горного дела и металлургии, 1942, стр. 136-141.
  29. Перейти ↑ Van Buren, M., Mills, B. 2005
  30. Перейти ↑ Howe, E., Petersen, U. 1994

Библиография [ править ]

  • 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: интеграция подходов к древним материалам. Left Coast Press: 131-150.
  • Бейли, Дж., Экштейн, К. 2006. Римские и средневековые лепешки: структура и состав, 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 XVI 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 and 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 Мани 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

Внешние ссылки [ править ]

  • 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 домонетарной экономике в свете находок из Сигтуны и Готланда. Situne Dei 2011. Эдберг, Р. Викстрём, А. (ред.). Сигтуна.