Kupelacja - Cupellation

XVI-wieczne piece kupelacyjne (za Agricola )

Kupelacja jest rafinacji w hutnictwie , gdzie rudy lub stopione metale są obróbce w bardzo wysokiej temperaturze i mają kontrolowane operacje rozdzielić metali szlachetnych , takich jak złoto i srebro , z metalami , takich jak ołów , miedź , cynk , arsen , antymon , i bizmut , obecny w rudzie. Proces opiera się na zasadzie, że metale szlachetne nie utleniają sięlub reagują chemicznie, w przeciwieństwie do metali nieszlachetnych, więc gdy są podgrzewane w wysokich temperaturach, metale szlachetne pozostają od siebie, a inne reagują, tworząc żużle lub inne związki.

Od wczesnej epoki brązu proces ten stosowano do pozyskiwania srebra z wytopionych rud ołowiu. W średniowieczu i renesansie kupelacja była jednym z najczęstszych procesów rafinacji metali szlachetnych. Do tego czasu testy ogniowe były używane do oznaczania minerałów, czyli testowania świeżych metali, takich jak ołów i metale z recyklingu, aby poznać ich czystość do produkcji biżuterii i monet . Kupelacja jest nadal w użyciu.

Proces

Kupelacja na dużą skalę

Srebro rodzime jest pierwiastkiem rzadkim, chociaż jako takie istnieje. Zwykle występuje w naturze w połączeniu z innymi metalami lub minerałami zawierającymi związki srebra, zwykle w postaci siarczków, takich jak galena (siarczek ołowiu) lub ceruzyt (węglan ołowiu). Tak więc głównym produkcja srebra wymaga wytapiania i następnie kupelacja z srebrodajny rud ołowiu.

Ołów topi się w 327°C, tlenek ołowiu w 888°C, a srebro w 960°C. Aby oddzielić srebro, stop jest ponownie topiony w wysokiej temperaturze od 960°C do 1000°C w środowisku utleniającym. Ołów utlenia się do tlenku ołowiu , znanego wówczas jako litharge , który wychwytuje tlen z innych obecnych metali. Ciekły tlenek ołowiu jest usuwany lub wchłaniany przez działanie kapilarne do wykładziny paleniska. Ta reakcja chemiczna może być postrzegana jako:

Ag (s) + 2 Pb (s) + O
2(g) → 2 PbO (wchłonięty) + Ag(l)

Podstawę paleniska wykopano w formie rondla i pokryto obojętnym i porowatym materiałem bogatym w wapń lub magnez, takim jak muszle, wapno lub popiół kostny. Wykładzina musiała być wapienna, ponieważ ołów reaguje z krzemionką (związkami gliny) tworząc lepki krzemian ołowiu, który zapobiega koniecznej absorpcji liturgii, podczas gdy materiały wapienne nie wchodzą w reakcję z ołowiem. Część litarni wyparowuje, a reszta jest absorbowana przez porowatą wyściółkę z ziemi, tworząc „ciasta liturgiczne”.

Ciastka litarne są zazwyczaj okrągłe lub wklęsło-wypukłe, o średnicy około 15 cm. Są to najczęstsze archeologiczne dowody kupelacji we wczesnej epoce brązu . Na podstawie składu chemicznego archeolodzy mogą określić rodzaj rudy poddanej obróbce, jej główne składniki oraz warunki chemiczne zastosowane w procesie. Pozwala to na wgląd w proces produkcji, handel, potrzeby społeczne lub sytuację gospodarczą.

Kupelacja na małą skalę

Kupelacja na małą skalę opiera się na tej samej zasadzie, co w palenisku kupelacyjnym; główna różnica polega na ilości badanego lub uzyskanego materiału. Minerały muszą być kruszone, prażone i przetapiane w celu skoncentrowania składników metalicznych w celu oddzielenia metali szlachetnych . W okresie renesansu zastosowanie procesów kupelacji było zróżnicowane: badanie rud z kopalni, badanie ilości srebra w klejnotach lub monetach lub w celach doświadczalnych. Przeprowadzano ją w małych płytkich zbiornikach zwanych cupelami.

Ponieważ głównym celem kupelacji na małą skalę było oznaczanie i testowanie minerałów i metali, badana materia musi być dokładnie zważona. Próby wykonano w kupelacji lub piecu probierczym, który musi mieć okna i mieszki, aby upewnić się, że powietrze utlenia ołów , a także upewnić się i przygotować do odebrania kupelu po zakończeniu procesu. Do badanej substancji należy dodać czysty ołów, aby zagwarantować dalsze oddzielanie zanieczyszczeń. Po glejta została wchłonięta przez Chrzcielnica, przyciski srebra zostały utworzone i osiadł w środku Chrzcielnica. Jeśli stop zawierał także pewną ilość złota, to rozliczane ze srebra i oba miały być rozdzielone przedziałkiem .

Kupele

Formy mosiężne do wyrobu cupeli

Podstawowym narzędziem do kupelacji na małą skalę był kupel. Cupele zostały wykonane w bardzo staranny sposób. Kiedyś były to małe naczynia w kształcie odwróconego ściętego stożka, wykonane z popiołów kostnych. Według Georga Agricoli najlepszy materiał pozyskiwano ze spalonych poroży jeleni, choć rybie kolce też się sprawdzały. Popiół należy zmielić na drobny i jednorodny proszek i wymieszać z pewną lepką substancją, aby uformować bańki. Formy były wykonane z miedzi bez dna, aby można było zdjąć kopułki. Płytkie zagłębienie pośrodku kopułki wykonano za pomocą zaokrąglonego tłuczka. Rozmiary cupela zależą od ilości badanego materiału. Ten sam kształt zachował się do dziś.

Archeologicznych badań, jak również archaeometallurgical analiza i teksty pisane od renesansu wykazały istnienie różnych materiałów do ich produkcji; można je było również wykonać z mieszanki kości i popiołu drzewnego, złej jakości lub uformować z mieszanki tego rodzaju na dole z górną warstwą popiołów kostnych. Różne receptury zależą od kompetencji rzeczoznawcy lub specjalnego celu, dla którego została wykonana (próby bicia , biżuterii, badania czystości materiału z recyklingu lub monet). Dowody archeologiczne wskazują, że w początkach kopulacji na małą skalę używano skorupiaków lub kopuł glinianych.

Historia

Pierwsze znane użycie srebra miało miejsce na Bliskim Wschodzie w Anatolii i Mezopotamii w IV i III tysiącleciu pne, we wczesnej epoce brązu . Znaleziska archeologiczne przedmiotów ze srebra i ołowiu wraz z odłamkami liturgii i żużlem badano na różnych stanowiskach. Chociaż zostało to zinterpretowane jako srebro pozyskiwane z rud ołowiu, sugerowano również, że ołów został dodany w celu zebrania srebra z widocznych minerałów srebra osadzonych w skale macierzystej. W obu przypadkach srebro zostałoby odzyskane z ołowiu przez kupelację.

Podczas następującej epoki żelaza kupelacja była wykonywana przez stapianie zdeprecjonowanych metali z nadmiarem ołowiu, kruszec lub produkt końcowy tej fuzji był następnie ogrzewany w piecu kupelacyjnym w celu oddzielenia metali szlachetnych. Kopalnie, takie jak Rio Tinto , niedaleko Huelvy w Hiszpanii , stały się ważnym ośrodkiem politycznym i gospodarczym dla wielu ludzi w rejonie Morza Śródziemnego , podobnie jak Laurion w Grecji . Około 500 pne kontrola nad kopalniami Laurion dała Atenom przewagę polityczną i władzę na Morzu Śródziemnym, dzięki czemu były w stanie pokonać Persów .

W czasach rzymskich imperium potrzebowało dużych ilości ołowiu, aby wspierać cywilizację rzymską na wielkim terytorium; szukali otwartych kopalni srebra ołowiowego na dowolnym obszarze, który podbili. Srebrne monety stały się znormalizowanym środkiem wymiany, dlatego produkcja srebra i kontrola kopalni dały władzę gospodarczą i polityczną. W czasach rzymskich warto było wydobywać rudy ołowiu, jeśli ich zawartość srebra wynosiła 0,01% lub więcej.

Pochodzenie zastosowania kupelacji do analizy nie jest znane. Jedną z najwcześniejszych pisemnych wzmianek o cupels jest Theophilus Divers Ars z XII wieku naszej ery. Proces ten niewiele się wtedy zmienił, aż do XVI wieku.

Kupelacja na małą skalę może być uważana za najważniejszy test pożarowy opracowany w historii i być może za źródło analizy chemicznej. Większość pisemnych dowodów pochodzi z okresu renesansu w XVI wieku. Vannoccio Biringuccio , Georg Agricola i Lazarus Ercker pisali m.in. o sztuce wydobycia i badania rud, a także szczegółowe opisy kupelacji. Ich opisy i założenia zostały zidentyfikowane w różnych znaleziskach archeologicznych w średniowiecznej i renesansowej Europie. Do tego czasu znacznie wzrosła ilość prób ogniowych, głównie ze względu na badania rud w kopalniach w celu określenia możliwości ich eksploatacji. Pierwotne zastosowanie kupelacji było związane z działalnością bicia, a także było używane do testowania biżuterii. Od czasów renesansu kupelacja stała się ustandaryzowaną metodą analizy, która niewiele się zmieniła, wykazując swoją skuteczność. Jej rozwój z pewnością dotknął sfer gospodarki, polityki, wojny i władzy w czasach starożytnych.

Nowy Świat

Ogromna ilość prehiszpańskich ozdób ze srebra, znanych zwłaszcza z Peru , Boliwii i Ekwadoru, nasuwa pytanie, czy cywilizacje przedhiszpańskie pozyskiwały surowiec z rodzimych rud, czy też z rud srebrno-ołowiowych. Chociaż rodzime srebro może być dostępne w Ameryce , jest tak rzadkie jak w Starym Świecie . Z tekstów kolonialnych wiadomo, że kopalnie srebra były otwarte w czasach kolonialnych przez Hiszpanów od Meksyku po Argentynę , z których główne to kopalnie w Tasco, Meksyku i Potosí w Boliwii.

W tekstach kolonialnych opisywano pewien rodzaj wielkich pieców, zwanych huayrachinas, jako rodzime piece technologiczne używane w Peru i Boliwii do wytapiania rud pochodzących z kopalń srebra należących do Hiszpanów. Chociaż nie jest to rozstrzygające, uważa się, że tego rodzaju piece mogły być używane przed podbojem hiszpańskim. Ethnoarchaeological i archeologicznych prac w Porco gminy , Potosí , Boliwia , zasugerował wcześniej Europejski wykorzystanie huayrachinas.

Nie ma żadnych konkretnych relacji archeologicznych na temat wytopu lub wydobycia srebra w Andach przed Inkami . Jednak artefakty ze srebra i ołowiu zostały znalezione na peruwiańskich wyżynach centralnych, datowane na okresy przedinkaskie i inkaskie. Na podstawie obecności ołowiu w srebrnych artefaktach archeolodzy sugerują, że mogła tam mieć miejsce kupelacja.

Zobacz też

Bibliografia

Bibliografia

  • Bayley, J. 1995. Precious Metal Refining, w Historical Metallurgy Society Datasheets: https://web.archive.org/web/20160418021923/http://hist-met.org/hmsdatasheet02.pdf (dostęp 13 stycznia 2010)
  • Bayley, J. 2008 Średniowieczna rafinacja metali szlachetnych: porównanie archeologii i tekstów współczesnych, w Martinón-Torres, M i Rehren, Th (red.) Archeologia, historia i nauka: integracja podejścia do materiałów starożytnych wg. Prasa lewego wybrzeża: 131-150.
  • Bayley, J.,Eckstein, K. 2006. Rzymskie i średniowieczne ciastka liturgiczne: budowa i skład, w J. Pérez-Arantegui (red) Proc. 34. Międzyn. Sympozjum Archeometrii. Institución Fernando el Católito, CSIC, Saragossa: 145-153. (PDF)
  • Bayley, J., Rehren, Th. 2007. W kierunku funkcjonalnej i typologicznej klasyfikacji tygli, w La Niece, S i Craddock, P (red.) Metals and Mines. Studia w Archeometalurgii. Książki archetypów: 46-55
  • Bayley J., Crossley D. i Ponting M. (red.). 2008. Metale i obróbka metali. Ramy badawcze dla archeometalurgii. Towarzystwo Hutnictwa Historycznego 6.
  • Craddock, PT 1991. Górnictwo i hutnictwo w starożytności, w Bowman, S. (red), Science and the Past, Londyn: British Museum Press: 57-73..
  • Craddock, PT 1995. Wczesne wydobycie i produkcja metali. Edynburg: Edinburgh University Press.
  • Hoover, H. i Hoover, H. 1950 [1556]. Georgius Agricola De Re Metallica . Nowy Jork: Dover.
  • Howe, E., Petersen, U. 1994. Srebro i ołów w późnej prehistorii Doliny Montaro, Peru. W Scott, D. i Meyers P. (red.) Archaeometry of Pre-Columbian Sites and Artifacts: 183-197. Instytut Ochrony Getty'ego.
  • Laurion i Thorikos (dostęp 15 stycznia 2010)
  • Jones, GD 1980. Kopalnie rzymskie w Riotinto, w The Journal of Roman Studies 70: 146-165. Towarzystwo Krzewienia Romanistyki.
  • Jones, D. (red.) 2001. Archeometalurgia. Centrum Wytycznych Archeologicznych. Publikacje dotyczące dziedzictwa angielskiego. Londyn.
  • Karsten H., Hauptmann H., Wright H., Whallon R. 1998. Dowody na produkcję srebra w czwartym tysiącleciu pne w Fatmali-Kalecik we wschodniej Anatolii. w Metallurgica Antiqua: ku czci Hansa-Gerta Bachmanna i Roberta Maddina autorstwa Bachmanna, H.G, Maddina, Roberta, Rehrena, Thilo, Hauptmanna, Andreasa, Muhly, Jamesa Davida, Deutsches Bergbau-Museum: 57-67
  • Kassianidou, V. 2003. Wczesne wydobycie srebra ze złożonych rud polimetalicznych, w Craddock, PT i Lang, J (red.) Górnictwo i produkcja metali na przestrzeni wieków. Londyn, British Museum Press: 198-206
  • Lechtman, H. 1976. Przegląd stanowisk metalurgicznych w peruwiańskich Andach, w Journal of field Archeology 3 (1): 1-42.
  • Martinón-Torres, M., Rehren, Th. 2005a. Materiały ceramiczne w praktykach analizy ognia: studium przypadku XVI-wiecznego sprzętu laboratoryjnego, w MI Prudencio, MI Dias i JC Waerenborgh (red.), Zrozumieć ludzi przez ich ceramikę, 139-149 (Trabalhos de Arqueologia 42). Lizbona: Instituto Portugues de Arqueologia.
  • Martinón-Torres, M., Rehren, Th. 2005b. Alchemia, chemia i metalurgia w renesansowej Europie. Szerszy kontekst dla analizy ogniowej pozostaje w Historical Metallurgy: Journal of Historical Metallurgy Society, 39(1): 14-31.
  • Martinón-Torres, M., Rehren, Th., Thomas, N., Mongiatti, A. 2009. Identyfikacja materiałów, przepisów i wyborów: Kilka sugestii dotyczących badania kopuł archeologicznych. W Giumla-Mair, A. i in., Archaeometalurgia w Europie: 1-11 Mediolan: AIM
  • Pernicka, E., Rehren, Th., Schmitt-Strecker, S. 1998. Późna produkcja srebra Uruk przez kupelację w Habuba Kabira, Syria w Metallurgica Antiqua: ku czci Hansa-Gerta Bachmanna i Roberta Maddina przez Bachmanna, H.G. Maddin, Robert, Rehren, Thilo, Hauptmann, Andreas, Muhly, James David, Deutsches Bergbau-Museum: 123-134.
  • Rehren, Th.1996. Test alchemii i ognia – podejście analityczne w historycznej metalurgii 30: 136-142.
  • Rehren, Th. 2003. Tygle jako naczynia reakcyjne w starożytnej metalurgii, w PT Craddock i J. Lang (red.), Mining and Metal Production through the Ages, 207-215. Londyn. Prasa Muzeum Brytyjskiego.
  • Rehren, Th., Eckstein, K 2002. Rozwój kupelacji analitycznej w średniowieczu, w E Jerem i KT Biró (red.) Archaeometry 98. Proceedings of 31 Symposium, Budapeszt, 26 kwietnia – 3 maja 1998 (Oxford BAR International Series 1043 – Central European Series 1), 2: 445-448.
  • Rehren Th., Schneider J., Bartels, Chr. 1999. Średniowieczne wytapianie srebra w Siegerlandzie, Niemcy Zachodnie. W Hutnictwie Historycznym: czasopismo Towarzystwa Hutniczego Historycznego. 33: 73-84. Sheffield: Historyczne Towarzystwo Metalurgiczne.
  • Tylecote, RF 1992. Historia metalurgii. Wydanie drugie Maney dla Instytutu Materiałów. Londyn.
  • Van Buren, M., Mills, B. 2005. Huayrachinas i Tocochimbos: tradycyjna technologia wytapiania południowych Andów, w starożytności Ameryki Łacińskiej 16(1):3-25
  • Wood JR, Hsu, YT and Bell, C. 2021 Wysyłanie Lauriona z powrotem do przyszłości: Epoka brązu Silver and the Source of Confusion, Internet Archeology 56. https://doi.org/10.11141/ia.56.9

Zewnętrzne linki