Мышьяковая бронза: Мышьяковая бронза | Металлургический портал MetalSpace.ru

Мышьяковая бронза | Металлургический портал MetalSpace.ru

Минералы мышьяка (как правило, это сульфиды) часто присутствуют в медных месторождениях. Они обладают ярким цветом и были известны человеку еще в каменном веке. Реальгар (от арабского «рахьял-чхар» – рудный порох) из-за ярко-красного цвета считался магическим камнем, а аурипигмент (от латинских «аурум» – золото и «пигмент» – цвет) ассоциировался с солнцем. Сплав с некоторым содержанием мышьяка получался естественным путем уже при производстве меди. Вероятно, положительное влияние на качество металла присутствия в шихте минералов мышьяка было рано замечено древними металлургами. Возможно, их добавление в шихту носило ритуальный характер, но в отдельных регионах производство мышьяковых бронз началось еще в 5-м тысячелетии до н. э.

Предположение о применении древними металлургами реальгара и аурипигмента было подтверждено многочисленными опытными плавками. Мастер не мог не заметить, что добавка (присадка) этих минералов в шихту позволяет получить сплав лучшего качества. Изменяя доли используемых минералов, он получал сплавы различных цветов и с хорошими механическими свойствами. Присутствие мышьяка в бронзе в количестве до 6 % масс. существенно (более чем в 2 раза) повышает ее прочность и твердость, улучшает ковкость в холодном состоянии, дает возможность получить более плотные отливки, а также увеличивает жидкотекучесть сплава. Таким образом, использование мышьяковой бронзы облегчало получение плотных отливок в рельефных литейных формах.

Немаловажное значение в древности имел цвет сплава. При добавлении к меди 1–3 % масс. мышьяка получается металл красного цвета, 4–12 % – золотистого, более 12 % – серебристо-белых тонов. Следовательно, из мышьяковой бронзы можно было получать изделия похожие на золотые и серебряные. Особенно часто этим приемом пользовались при производстве украшений: археологами найдены литые бусы, подвески, кольца, содержащие до 30 % мышьяка. Древнее оружие из бронзы никогда не содержит более 6 % мышьяка.

В 3-м тысячелетии до н. э. бронзы производились в металлургических центрах Евразии и Северной Африки практически повсеместно. Поражает сходство технологии производства бронз, способов литья орудий и оружия, а также внешнего вида металлических изделий на всей этой огромной территории в условиях существования в ее пределах резко различающихся земледельческих и скотоводческих культур. Из-за неравномерного распределения по различным географическим регионам металлических руд выделяются народы – производители и народы – потребители металлов, зависевшие от их поставок. Таким образом, важнейшим следствием становления металлургии стало формирование международного разделения труда еще в доисторическую эпоху. А ведь ранее его возникновение относили к эпохе великих империй Древнего мира – Римской и Китайской.

Металлургия мышьяковой бронзы в 3-м тысячелетии до н. э.

Международное разделение труда в Европе при производстве металлов было развито столь сильно, что в раннем бронзовом веке около половины всего выплавленного земледельцами юга металла, как показали расчеты, экспортировалось на север степным скотоводам. При этом отливка и металлообработка тяжелых орудий и оружия на севере велась более совершенными методами. По этой причине именно степным кочевникам мир обязан изобретением колесной повозки, для изготовления которой требовались высококачественные металлические инструменты. О широком распространении в степной зоне древнейшего колесного транспорта теперь хорошо известно по многим десяткам курганных погребений знати.

В начале 3-го тысячелетия до н. э. на территориях, некогда занятых неолитическими культурами, быстро вошли в употребление бронза, колесный транспорт, получило развитие коневодство. Человечество вступило в бронзовый век и эпоху Древнего мира.

ПОДЕЛИСЬ ИНТЕРЕСНОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ

Мышьяковая бронза — Arsenical bronze

Мышьяковая бронза — это сплав, в котором мышьяк , в отличие от олова или других составляющих металлов , 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 .

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.

Истоки в доисторической эпохе

Хотя мышьяковая бронза встречается в археологических памятниках по всему миру, самые ранние известные артефакты , датируемые 5-м тысячелетием до нашей эры , были найдены на иранском плато . Мышьяк присутствует в количестве медных отработанных руд (смотрите таблицу справа, приспособленные от Lechtman & Klein, 1999 ), и поэтому некоторые загрязнения меди с мышьяком будут неизбежно. Однако до сих пор не совсем ясно, в какой степени мышьяк был намеренно добавлен в медь 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 медных руд, которые в основном представляют собой сульфиды. 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, в первую очередь 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 с мышьяком. Это:

  • Прямое добавление содержащих мышьяк металлов или руд, таких как реальгар, в расплавленную медь.
Этот метод, хотя и возможен, не имеет доказательств.
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.
Было продемонстрировано, что этот метод работает хорошо, поскольку при нем выделяется мало опасных паров из-за совместных реакций между различными минералами.

Кроме того, Thornton et al. Предполагают, что рабочие-металлисты будут более опытными. 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 его заливке в формы из камня или глины. После затвердевания его можно было полировать или, в случае топоров и других инструментов, упрочнять путем нанесения ударов по рабочей кромке молотком, утонения металла и увеличения его прочности. Готовые предметы также можно было гравировать или украшать по мере необходимости.

Преимущества мышьяковистой бронзы

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, 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, но при этом масса металла остается готовой к быть закаленным в работе).

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 механическому упрочнению возникает с увеличением процентного содержания мышьяка, и бронза может подвергаться механическому упрочнению в широком диапазоне температур, не опасаясь охрупчивания. Его улучшенные свойства по сравнению с чистой медью можно увидеть при содержании всего от 0,5 до 2 мас.% As, что дает улучшение твердости и прочности на разрыв от 10 до 30%.

В-третьих, в правильном процентном соотношении он может придать изделию серебристый блеск. Существуют свидетельства существования бронзовых кинжалов из мышьяка с Кавказа и других артефактов из разных мест, имеющих богатый мышьяком поверхностный слой, который, возможно, был специально изготовлен древними мастерами, а мексиканские колокола были сделаны из меди с достаточным количеством мышьяка, чтобы окрасить их в серебро.

Мышьяковая бронза, памятники и цивилизации

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 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, из-за чего невозможно было точно сказать, сколько было добавлено намеренно, а какое случайно. 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.

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 по всему Леванту, что свидетельствует о значительном технологическом развитии, параллельном крупным социальным достижениям. в регионе.»

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.

В период энеолита в Северной Италии , с культурами Ремеделло и Ринальдоне в период с 2800 по 2200 до н.э., использовалась мышьяковая бронза. Действительно, похоже, что в то время наиболее распространенным сплавом, использовавшимся в Средиземноморском бассейне, была мышьяковая бронза.

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.

Сиканская культура северо — западной прибрежной Перу славится использование мышьяковистой бронзы в период от 900 до 1350 AD. 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.

Мышьяковая бронза после бронзового века

Археологические данные в Египте , Перу и на Кавказе предполагают, что мышьяковая бронза какое-то время производилась вместе с оловянной бронзой. В Тепе Яхья его использование продолжалось и в железный век для изготовления безделушек и декоративных предметов, тем самым демонстрируя, что не было простой последовательности сплавов с течением времени, когда новые сплавы превосходного качества заменяли старые. Есть несколько реальных преимуществ перед оловянной бронзой с металлургической точки зрения, 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 упрочнения для достижения полезной прочности. 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 производственного процесса.

Влияние использования мышьяковой бронзы на здоровье

Мышьяк — это элемент с температурой испарения 615 ° C, так что оксид мышьяка будет утерян из расплава до или во время литья, а дым от огня при добыче и переработке руды давно известен своим поражением глаз, легких и кожи. .

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

Хорошо сохранившаяся мумия человека, жившего около 3200 г. до н.э., найденная в Эцтальских Альпах , широко известная как Эци , показала высокий уровень как частиц меди, так и мышьяка в его волосах. Это, а также лезвие медного топора Отци, которое на 99,7% состоит из меди, заставили ученых предположить, что он участвовал в плавке меди .

Современное использование мышьяковой бронзы

Мышьяковая бронза в наше время не нашла применения. Похоже, что ближайший эквивалент — мышьяковая медь , определяемая как медь с содержанием As менее 0,5 мас.%, Что ниже допустимого процента 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%.

Смотрите также

Рекомендации

внешняя ссылка

РОДОСЛОВНАЯ ДРЕВНЕЙ УРАЛЬСКОЙ БРОНЗЫ | Уральское отделение РАН

Широкое распространение, точнее «победное шествие» металла в человеческой истории, произошло на рубеже эпох меди и бронзы в IV–III тысячелетиях до н.э. Использовавшаяся ранее преимущественно «чистая медь» занимала более скромное место в жизни древних обществ в виде украшений, мелких предметов и орудий труда. Начало «бронзовой» эпохи раньше всего зафиксировано в археологических памятниках Ближнего Востока, а на территории Урала это событие относится ко второму тысячелетию до н.э.

Изучению металлической сырьевой базы древности посвящены многие публикации отечественных и зарубежных ученых. В некоторых из них рассматривается геоархеологическая цепочка: источники сырья (рудники) — продукты переработки сырья (руда, металл) — отходы металлургического производства (шлаки) — металлические изделия. Эти проблемы рассмотрены на фоне археологических культур, бытовавших в древние времена. Ряд вопросов геоархеологии бронз решен. Установлены основные древние рудники, выявлены различные типы бронз, показана преобладающая смена мышьяковой бронзы оловосодержащей в разных возрастных диапазонах от раннего до позднего бронзового века: РБВ–СБВ–ПБВ. Особенно дискуссионной является проблема соотношения местного и импортного сырья для определенных археологических культур и конкретных горно-металлургических центров. Ответить на этот вопрос помогают минералого-геохимические индикаторы руд, шлаков и металлических изделий.

Древнейшие находки бронзовых изделий сделаны на Ближнем Востоке, в Месопотамии и Анатолии. По свидетельствам археологов, еще в эпоху меди появляются изделия из мышьяковой бронзы, а начиная с раннего бронзового века (IV–III тысячелетия до н.э.) количество изделий из нее в Месопотамии достигает 70%. Добыча руд происходила на Синайском полуострове и в Анатолии. Одним из источников металла являлся рудник Эргани Маден. В добывавшихся рудах содержались минералы мышьяка, поэтому полученный металл был естественно легирован.  Это месторождение удивительно похоже на уральские колчеданные залежи в ультраосновных породах.

Позднее сформировалась Циркумпонтийская металлургическая провинция, охватывающая кольцом Черное море. В ее пределы входят ареалы куро-аракской, майкопской и ямной археологических культур. Первая зародилась на базе медных месторождений Закавказья и включала очаги горного дела, металлургии и металлообработки. Майкопская оставила след в виде элитных курганов с богатейшими изделиями из мышьяк-никелевой бронзы. Третья питалась медными разработками Донбасса и Карпат, оставившими след в виде изделий из меди и мышьяковой бронзы.

В эпохе поздней бронзы образовалась Евразийская металлургическая провинция, включившая срубную, синташтинскую, алакульскую и петровскую культуры Урало-Поволжья и Казахстана. Металл этих культур разнообразен, наряду с изделиями из чистой меди производилась не только мышьяковая, но и оловянная бронза.

А далее на восток простиралась Центрально-Азиатская провинция, в которой происходила разработка медных месторождений Алтая, Хакасии и Тувы, но самое главное — оловянных месторождений восточного Казахстана. Производившийся металл относился преимущественно к оловянным бронзам.

В нашем регионе наиболее изучен металл археологических памятников Приуралья и Южного Зауралья (Черных, 1970; Каргалы, 2000; Дегтярева, 2005). Металлические изделия сильно отличаются по составу: если в Приуралье господствовала чистая медь, то в Зауралье преобладала мышьяковая бронза. Определялось это влиянием использовавшихся руд. В Приуралье  разрабатывались меденосные песчаники, дававшие чистую медь. Основным источником руд для металлургического производства в поселениях Зауралья были другие типы месторождений.

Во-первых, кобальт-медно-колчеданные месторождения в ультраосновных породах — родственники колчеданных залежей Эргани-Маден в Турции. При изучении руд и металлических изделий были установлены минералого-геохимические индикаторы этого сырья. Добытые малахит-гетитовые руды содержат примесь хромитов, свидетельствующих о глубинном источнике минерализации. Кроме того, в них часто присутствует примесь мышьяка в количестве 2–5 %, никеля до 1 %. Такое сырье добывалось на крупных Ишкининском и Дергамышском рудниках близ границы Оренбургской области и Башкортостана. Металлургические шлаки возле многих поселений бронзового века постоянно содержат микровключения хромитов, попавших в шлаки из руд. Ареал распространения таких шлаков обширен и охватывает территорию Башкортостана, Челябинской области и Западного Казахстана.

В медно-цинково-колчеданных месторождениях среди вулканических пород ситуация иная. В них в поверхностных условиях формировались зоны окисления, включающие богатые сульфидные разности в кровле рядовых сульфидных руд. Благодаря крупным размерам окисленных залежей, расположенных под «железными шляпами», разработка давала много медного сырья. Геохимической особенностью сульфидных руд являются повышенное содержание в рудах и шлаках сурьмы, пришедшей из минерала тетраэдрита. По таким рудникам были открыты многие колчеданные залежи в Учалинском, Верхнеуральском и Сибайском рудных районах. В последнем до недавнего времени сохранялся древний карьер Бакр-Узяк, описанный археологом Е.И. Черных (1970).

Важным источником мышьяковой бронзы были меденосные жилы с примесью блеклых руд. В них содержится минерал теннанитит, в котором концентрация мышьяка достигает 15 %. Наряду с мышьяком руды содержат повышенные концентрации серебра, дававшие при окислении соответствующие галогениды — бромаргирид, хлораргирид, йодаргирид. Такие руды добывались на рудниках Таш-Казган, Курамино, Никольский на левобережье р. Урал в ее верховьях.

Наряду с мышьяковыми бронзами на Урале производились и оловянные. Об этом свидетельствуют находки шлаков с оловосодержащими расплавными включениями. Такие шлаки найдены на поселении бронзового века Каменный Амбар. Они сложены агрегатами дендритовидной, паркетовидной и леопардовой структур. На участках паркетовидной структуры скомбинированы лейсты шириной 1–3 мкм и длиной 20–40 мкм различных тонов, в которых содержание оксида олова меняется от 31–36 %  до 41–54%. Включения леопардовой структуры сложены стеклом, представленным двумя фазами с содержаниями оксида олова 3 и 6 %. Выявление оловосодержащих шлаков свидетельствует о местном металлургическом переделе оловянных руд. Это чрезвычайно важное заключение пока, к сожалению, невозможно соотнести с конкретной фазой существования памятника, который с перерывами функционировал на протяжении всего II тысячелетия до н.э.

Проблемы древнего горнорудного дела и палеометаллургии обсуждались на четвертой молодежной научной школе «Геоархеология и археологическая минералогия – 2017», которая осенью минувшего года прошла в Институте минералогии УрО РАН в г. Миасс. Ее участниками были студенты, аспиранты и преподаватели из городов Урала, а также из Красноярска, Казани, Ростова-на-Дону, Москвы и Подмосковья, Санкт-Петербурга, из ближнего и дальнего зарубежья — Донбасса, Сингапура, Болгарии.

Обзорный доклад по геоархеологии бронзы на основе выполненных исследований сделал автор этих строк. Основой послужили данные по древним рудникам и шлакам Уральского региона, включая Приуралье. Технология плавки руды и причины смены типов легирования в древней металлургии Евразии были рассмотрены С.А. Григорьевым. Особенности горнорудного дела в древности были показаны на примере рудников Приуралья, Зауралья, Донбасса. Эти сообщения подготовили не только ведущие докладчики, но и аспиранты.

Наряду с медной тематикой рассматривались вопросы производства железа С.В. Снопковым и группой школьников из Иркутска. Проблемам каменной индустрии были посвящены доклады нижнетагильского профессора Ю.Б. Серикова и его студентов, а также  Н.Н. Скакун,  В.В. Терехиной, Н.В. Назмутдиновой из Санкт-Петербурга. Не обошлось и без докладов об украшениях, в частности, о разных типах бус, в том числе янтарных (доклады О.В. Аникеевой и А.В. Губайдулиной).

Особый интерес вызвали доклады по новым методам исследования артефактов, в частности междисциплинарные материалы Д.В. Киселевой по определению изотопного состава образцов костной ткани из археологических памятников Южного Урала. Такого же рода сообщение по результатам ICP-MS анализа магматических пород из уральских поселений и рудников эпохи бронзы подготовили сотрудники Института минералогии УрО РАН. Большую дискуссию вызвал доклад О.С. Теленкова «Информационные системы в археологических исследованиях: работа над ошибками в прошлом, настоящем и будущем».

В лабораториях института участники молодежной школы могли проследить путь от образцов до результатов анализа. Были продемонстрированы работы в шлифовальной мастерской, на оптических и электронных микроскопах, аналитическая база Института минералогии, в том числе возможности методов рентгенофлоресцентного, ICP-MS и LA-ICP-MS. Последний позволяет получить данные о большом наборе микроэлементов в артефактах, чтобы проводить обоснованные реконструкции.

В рамках школы прошла экскурсия на недавно открытый древний рудник Новотемирский на юге Челябинской области. Он представляет собой оплывший карьер диаметром 30–40 м и глубиной 2–3 м, где добывались медные и железные руды из ультраосновных пород. Рудник служит примером использования руд в две эпохи: позднего бронзового века и раннего железного века. Экскурсию проводили сотрудники Института минералогии и Челябинского педагогического университета. Методы опробования погребенной почвы под отвалом продемонстрировала Л.Н. Плеханова из Пущинского научного центра в Подмосковье. По предложению сотрудника Пластовского районного музея Р.К. Хайрятдинова был намечен следующий объект для геоархеологической экскурсии — район чудских копей близ месторождения Кочкарь.

В.В. Зайков,

главный научный сотрудник Института минералогии УрО РАН

Фото на этой странице: вверху — полевое сообщение И.П. Алаевой на Новотемирском древнем руднике; внизу — заместитель председателя оргкомитета А.М. Юминов вручает отличившимся участницам памятные сувениры.

Месяц:

январь

Номер выпуска:

1-2

Абсолютный номер:

1168

Развеиваем один из самых распространённых мифов: newparadigma_ru — LiveJournal

Цитата из статьи «Metal Tools of the Pyramid Buildersand other Craftsmen in theOld Kingdom»:

I should dispel one of the most common misunderstandings. You may have read in many popular and semi-popular works that Old Kingdom Egyptians knew and used only tools made of pure copper. This is simply not true; they were using arsenical copper as the main practical alloy, typical for the whole Ancient Near East in the Early Bronze Age. For Egypt, this fact was proven already in 1976, in an article “Near eastern alloying and some textual evidence for the early use of arsenical copper” by E. R. Eaton and HughMcKerrell. Already, in the Early Dynastic Period, Egyptians certainly knew bronze as the oldest securely-dated bronze objects, spouted jar and wash basin, have been found in the tomb of King Khasekhemwy, built and furnished at the end of Second Dynasty.

Перевод: Я должен развеять одно из самых распространенных недоразумений. Возможно, вы читали во многих популярных и полу-популярных работах, что египтяне Древнего Египта знали и использовали только инструменты, изготовленные из чистой меди. Это просто неправда; они использовали мышьяковистую медь как основной сплав, характерный для всего Древнего Ближнего Востока в раннем бронзовом веке. Для Египта этот факт был доказан уже в 1976 году в статье «Ближневосточное легирование и некоторые текстовые доказательства раннего использования мышьяковистой меди» Э.Р. Итона и Хью МакКеррелла. Уже в раннем династическом периоде египтяне, несомненно, знали бронзу, поскольку самые древние, надежно датированные бронзовые предметы, кувшин и умывальник были обнаружены в гробнице царя Хасехемви, построенного и изготовленного в конце Второй династии.

Цитата из статьи «Медно-мышъяковые сплавы (мышьяковая бронза)»:

«Новейшими исследованиями, с применением химического и количественного спектрального анализов, установлено, что многие древние медные и бронзовые предметы, найденные в различных регионах Старого света, изготовлены не из чистой меди, а из медно-мышьяковых сплавов.

Наиболее древняя выплавка мышьяковистой меди относится к середине V тысячелетия до и. э.; это доказали обнаруженные металлические предметы из V культурного слоя в древнем многослойном памятнике Тепс-Яхья, на юго-востоке Ирана. Это самая ранняя из существовавших в Древнем мире металлургия мышьяковистой меди на всем Ближнем Востоке. В остальных регионах Ближнего Востока орудия труда, оружие и украшения, изготовленные из медно-мышьяковых сплавов, появляются позднее, например в Анатолии, по данным анализа одного шила из Чайоню-Тепези, с VII тысячелетия до н. э. В Закавказье предметы из медно-мышьяковых сплавов появляются также с IV тысячелетия до н. э., что доказывается анализами металлических предметов из зольного холма Кюльтепе в Нахичеванской АССР. Локальность производства мышьяковистой меди подтверждена результатами химического исследования найденных там литейных форм и остатков литья.

Предметы, изготовленные из медно-мышьяковых сплавов, найдены также в Германии, Испании, Португалии в памятниках начиная с III тысячелетия до н. э. В тех областях, где не было месторождений оловянных руд, мышьяковистую медь продолжали производить в большом количестве до начала I тысячелетия до н. э. Но среди древнейших предметов, найденных в Юго-Восточной Азии, пока нет ни одного предмета, который был бы изготовлен из медно-мышьяковых сплавов.

4) Эти факты, подобранные и проанализированные И. Р. Селпмхановым, свидетельствуют именно о преднамеренном введении мышьяка в медный сплав, а не о случайном попадании его, что утверждал Лукас.

Топор-секира из мышьяковой бронзы, датировка его — середина второго тысячелетия до н. э., найден в Казахском районе Азербайджанской ССP.

Мышьяк в медных сплавах улучшал их физико-механические свойства. Присутствие в меди 0,5% мышьяка улучшает ее ковкость в холодном состоянии, дает возможность получить более плотные отливки, а также увеличивает жидкотекучесть сплава. Таким образом, присутствие мышьяка в меди облегчало получение плотных отливок в рельефных литейных формах; без присадок мышьяка или же других легирующих элементов это представлялось сложной задачей. Кроме того, по сравнению с чистой медью, плавящейся при температуре 1083°С, медь, легированная мышьяком, плавится при более низкой температуре, зависящей от содержания мышьяка в сплаве. То же самое относится и к твердости мышьяковистой меди, которая в результате наклепа резко повышается. Предметы из мышьяковой бронзы легко поддаются холодной ковке и по твердости мало уступают оловянистой бронзе (твердость кованой мышьяковой бронзы в условных единицах, по Виккерсу, от 100 до 245, оловянистой — от 116 до 252).»

Таким образом, твёрдость бронзовых инструментов существенно превышала твёрдость феррита (чистого железа), на который молятся критики древнеегипетских технологий.

Мир позднего бронзового века — Proshloe

С конца III — начала II тыс. до н.э. в степях Поволжья, Южного Зауралья, Казахстана появились самые первые в мире боевые колесницы. Копья наряду с луками стали основным оружием воинов-колесничих, известны также находки древнейших бронзовых наконечников стрел, явно предназначенных для пробивания вражеского защитного снаряжения. Среди археологов не вызывает принципиальных разногласий мнение, что появление нового комплекса вооружения связано с военной активностью и что эти новшества следует интерпретировать как признак формирования новой социальной специализации, — военной аристократии.

По всей видимости, именно новая элита в стремлении контролировать все новые территории с пастбищами и медными месторождениями стала инициатором энергичного расселения народов по просторам Великого степного пояса и за его пределами. Генеральным направлением миграционных перемещений было восточное: из Волго-Уралья — в Зауралье и далее.

Наиболее выразительными памятниками этого периода являются группы поселений с отчетливо выраженными следами металлопроизводства и элементами фортификации, последовательно возникающие в долинах водных систем реки Белой, междуречья Урала и Тобола («Страна городов»), реки Ишим. Известно и об иных векторах миграций: о «реверсном» на запад — в Подонье, Поднепровье, когда на изначальные, более архаичные элементы культуры «накладывались» обновленные, а также на юг – в Приаралье, Среднюю Азию. Это движение не замерло по достижению мегаобщностью максимального ареала расселения, взаимопроникновения культурных традиций происходили на протяжении всего II тыс. до н.э.

Эксперимент по реконструкции Синташтинского лука XVIII в. до н.э.

Следующие за «периодом боевых колесниц» два этапа эпохи поздней бронзы Северной Евразии (16/15 -12/11 вв. до н.э.) являются  временем сосуществования здесь родственных культур, ареал расселения которых достигает невиданных ранее размеров, несопоставимого также с территориями синхронных государственных образований Древнего мира. Пространства Северной Евразии покрываются тысячами однотипных поселков скотоводов, увеличивается число рудников, а в них — объемы добытой руды. Это время расцвета двух главных производств: животноводства и металлопроизводства. Они становятся основой интеграции, беспрецедентной по своим масштабам.

Этап II. 16 -15/14 вв. до н.э. Ареал расселения народов, составляющих мегаобщность. Выделены две основные части, составляющие её, культурно-исторические общности в европейской и азиатской зоне. В виде «драже» условно показаны территории агломераций медных и полиметаллических рудников на карте Древнего мира.

Наиболее показательным примером макроэкономической интеграции является наилучшим образом изученное на данный момент взаимодействие древних скотоводов и рудокопов в европейской зоне.

Важной особенностью европейской территории является наличие значительного количества пастбищных ресурсов и малое число медных месторождений. Причем, наиболее богатые рудные источники, разведанные рудознатцами и снабжавшие степных обитателей металлом еще в ранние периоды бронзового века, расположены в восточной периферии европейской зоны, в Приуралье. Химический анализ металлических предметов, обнаруженных на памятниках от Урала до Поднепровья и относящихся к 17-15 вв. до н.э., показывает, что три четверти меди для их изготовления было добыто именно в Приуралье.

Крупнейшим медным месторождением здесь является Каргалинское рудное поле в Оренбуржье. За это время горняки пронизали недра Каргалов сотнями километров шахт, штолен и штреков, из них было извлечено до 50 миллионов кубических метров скальной рудосодержащей породы, что многократно превышает объем знаменитой пирамиды Хеопса (ее объем «всего» 2,5 миллиона кубических метров). По осторожным оценкам из руды, добытой в рудных копях Каргалов за триста лет их существования в эпоху поздней бронзы, возможно было выплавить не менее 50 тысяч тонн меди, т.е. в среднем не менее 150 тонн в год, что не может не поражать гигантскими масштабами.

Это, в принципе, сопоставимо с количеством металла, выплавленного из добытой руды иных крупных месторождений эпохи.

Предполагаемые масштабы ежегодного металлургического производства меди некоторых горно-металлургических центров и очагов мегаобщности. Для сравнения показан вес груза меди всего лишь двух небольших торговых судов эпохи поздней бронзы, затонувших в Восточном Средиземноморье (у мыса Улубурун и у мыса Гелидония).

Данные о том, каким способом распространялся металл отсюда, были получены в результате раскопок селища Горный I, одного из многих поселений рудокопов на Каргалинского месторождении в Оренбуржье.

Здесь было обнаружено множество интереснейших находок, малоизвестных на иных памятниках, среди которых особо выделялось колоссальное количество костей домашних животных. Эти животные доставлялись сюда в древности для обмена  на медь и медную руду. Изучение костных остатков позволило установить, что рудокопы разведением домашних животных не занимались. Все их усилия были направлены исключительно на добычу руды и выплавку металла, в котором нуждались их соплеменники-животноводы. Те в свою очередь регулярно, дважды в год, снабжали рудокопов всем необходимым, прежде всего, мясом домашних животных.

Упрощенная схема поставок стад домашних животных к Каргалинским рудникам на территории, где была распространена продукции Приуральского горно-металлургического центра.

Находки, сделанные на Каргалинских рудниках, являются подтверждением того, что в эпоху поздней бронзы в Северной Евразии существовала уникальная для своего времени система производственной специализации и межрегионального разделения труда.

Вместе с тем факты, установленные археологами, позволяют предполагать, что выявленная кооперация древних горняков  и скотоводов, не отражает всего масштаба экономического взаимодействия. Очевидно, что определенные календарные сроки массовых поставок пищевых продуктов на Каргалы в древности создавали прекрасные условия для торговцев самыми разными товарами из различных регионов. Также пока остается совершенно невыясненными множество вопросов: о системе координации и управления «стихией» древних торгово-обменных операций, о способах организации транзита товаров, о причинах внезапного прекращения работы в каргалинских рудниках в конце второго этапа эпохи и т.п.

Сюжетная реконструкция торжища на Каргалинских рудниках. Известные и предполагаемые условия и ресурсы, необходимые для торговли и обмена.

Вообще для рассматриваемых двух периодов эпохи явно недостает информации о системе управления в культурах мегаобщности. Имеется общее представление о том, что в это время на фоне явных признаков политической стабилизации и расцвета экономического взаимодействия происходят какие-то изменения в общественном устройстве. Но определенно о них говорить пока невозможно, поскольку в археологическом материале социальные трансформации не фиксируются в виде целостной картины.

На всей территории Северной Евразии происходит постепенная унификация погребального обряда, в т.ч. редкими становятся признаки знатности и престижа, исчезают такие яркие, выразительные признаки военной аристократии как остатки колесничего комплекса. О причинах этого существуют разные предположения: что это было следствием появления новых религиозных традиций, что произошла деградации социального устройства.

Вместе с тем, на довольно монотонном фоне единообразных коллекций находок, невыразительных могильников и поселений ярко выделяются отдельные фрагменты: необычные артефакты, порой разнесенные друг от друга на значительные расстояния, неординарные поселенческие и погребальные комплексы. Есть даже целые области, ставшие в будущем основоположниками исторических судеб народов.

Этап III. 15/14 – 12/11 вв до н.э. Границы ареала расселения мегаобщности на этапе максимальной консолидации.

К числу таких неординарных находок относятся крупные цельнометаллические сосуды — клепаные котлы. Близких параллелей среди металлической посуды иных территорий, в т.ч. «цивилизаций» они не имеют, поскольку выделяются своей характерной изысканной формой, крупными размерами и очень сложной техникой изготовления. Производство этих изделий требовало большого мастерства и порой очень значительных затрат металла.

Цепочки типологически близких артефактов, расположенных широтно, указывают на существование в древности звеньев «технологического моста», соединяющего Европу и Азию.

Эти металлические сосуды явно занимали особое место в системе ценностей культур мегаобщности. Есть предположение, что они олицетворяли единство народа, одновременно являлись символом утверждения харизматичных властных структур.

Находки металлических клепанных котлов в границах расселения мегаобщности и на сопредельной территории в Северном Причерноморье.

С 16-15 вв. до н.э. появляется новый тип наконечников копий с «прорезными крыльями». Эти наконечники имеют небольшие размеры и малопригодны для боевых нагрузок. Судя по находкам остатков ремней в прорезях, в них крепились подвески, бунчуки. Предполагается, что они являлись навершиями военных штандартов, командирских значков.

Еще на втором этапе эпохи в дельте Амударьи появляется «клон» культуры волго-уральского региона, но имеющий принципиальное отличие. Основа хозяйственной специализацией нового населения южного Приаралья трансформируется, традиционное скотоводство сменяется ирригационным земледелием, что требует скоординированной концентрации общественных сил и развития технологии искусственного орошения.

К третьему этапу эпохи создается целая сеть магистральных и оросительных каналов. В будущем она станет основой цивилизации Хорезма. Причем согласно легендарной традиции, начало государственности здесь было положено именно в эпоху поздней бронзы, в 13 в. до н.э., царем Сиявушем, героем «Авесты» и «Шахнаме».

В 15/14–12/11 вв. до н.э. на территории Казахстана и Алтая наблюдается всплеск активности освоения природных ресурсов, расширяется разработка богатейших рудных месторождений Жесказгана, Кенказгана, Экибастуза, многих других. В засушливых районах Сары-Арки, Бетпак-Далы строятся сотни водохранилищ для обеспечения процесса обогащения руды, а также для водопоя стад домашних животных. Например, плотина Коргантас построенная из рядов глыб гранита, имеет длину около 600 м, сохранившаяся высота 1,5 м, площадь искусственного водоема 200 тыс. кв. м.

Развитие  горно-металлургического производства сопровождается ростом числа поселений, среди них выделяются поселки металлургов. Поселения разрастаются до размеров протогородов: Бугулы I (14 га), Аккезен (15 га), Кент (30 га), Семиярка (135 га). К ярким погребальным комплексам этого периода эпохи относятся каменные мавзолеи и мегалитические сооружения Центрального Казахстана. В Восточном Приаралье известен комплекс мавзолеев из сырцового кирпича Северный Тагискен. В погребальных камерах, внутренних коридорах был обнаружен богатый погребальный инвентарь: керамика, орудия из бронзы, бронзовые, золотые и каменные украшения. В профессиональной среде Восточно-азиатской металлургической провинции продолжается совершенствование технологий металлопроизводства.

В частности, на всей территории мегаобщности начинают применяться кокили, — металлические литейные формы, — изобретение, задолго опередившее распространение этого весьма совершенного технологического оснащения литейного производства.

Самым впечатляющим достижением мегаобщности является становление с первой половины II тыс. до н.э. трансконтинентальных торгово-обменных «оловянных путей»: «трансевразийского» и «трансазиатского». Факт их функционирования имеет важное значение для восприятия исторических реалий, поскольку означает существование в глубокой древности настоящей индустрии.

Георгий Дерлугьян рассказал в «Родине слонов» о международной экономике эпохи бронзы. Стенограмма здесь.

К сожалению, археология не располагает сериями находок, предметно иллюстрирующими бытование этих важнейших элементов древней производственной инфраструктуры. Эти «пути» реконструируются на основе систематизации данных о химическом составе бронзовых изделий, об единичных артефактах оловянных полуфабрикатов, картирования древних оловянных рудников и анализа письменных источников. Так, «трансевразийский» путь, пролегавший непосредственно по территории мегаобщности, брал начало от алтайских оловянных рудников и продолжался до Поднепровья, его протяженность составляла почти 4 тысячи километров.

Главное назначение «трансазиатского» пути было снабжение производств «колыбелей цивилизации». Текстовые свидетельства Кюльтепе (Каниша) и Мари указывают на поставки олова с востока. Протяженность этого «пути» была сопоставима с «трансевразийским», но он включал в себя как сухопутный, так и морской отрезки. Данные изотопного анализа позволяют предполагать его начало от древних разработок оловянных месторождений в долине Зеравшана (на территории Узбекистана и Таджикистана). Есть основания связывать единичные оловянные слитки-полуфабрикаты, обнаруженные на островах Мохлос и Хрисси (близ острова Крит), с этим путем.

Предполагаемые направления поставок олова к производственным центрам Древнего мира от месторождений Алтая («трансевразийский путь») и Средней Азии («трансазиатский путь»).

Одной из жертв коллапса бронзового века стало государство хеттов. Рассказ о нём здесь.

А в Древнем мире в этот период продолжается распространение технологических достижений из Северной Евразии. В 16 в. до н.э. новации проникают в Балкано-Карпатский регион, типично «степное» оружие, колесницы начинают использоваться даже в островной, гористой Греции. Появление втульчатого оружия маркирует прекращение «периода микенских влияний» в Европе, здесь начинается собственная «эпоха поздней бронзы», характеризующаяся, прежде всего, отчетливой милитаризаций. На смену статусным, но непрактичным микенским «рапирам» быстро приходит местное изобретение, — мечи, — оружие воинов-профессионалов. С 13 в. до н.э. дружины, вооруженные копьями и мечами начинают терроризировать «колыбели цивилизации», в дальнейшем, на рубеже тысячелетий, они станут главными действующими героями «коллапса бронзового века», фактически сотрут Древний мир в прежнем виде с карты истории.

Одно из самых интересных свидетельств функционирования мировой экономики Бронзового века – знаменитый Улу-бурунский, затонувший с грузом руды около 1300 г. до н.э. Прочитать посвящённый этому кораблекрушению отрывок из книги Эриха Клайна можно здесь.

Во второй половине II тыс. до н.э. расширяется технология применения оловянной бронзы, с 14 в. до н.э. начинает действовать «трансевропейский путь», — система торговых коммуникаций от Британских островов до Восточного Средиземноморья. Согласно данным изотопного анализа, олово, обнаруженное в корабле, затонувшем возле мыса Улубурун, было добыто в рудниках Корнуола. С 14 в до н.э. копья, в деталях воспроизводящие прототипы Северной Евразии, появляются на территории Китая. Одновременно здесь возникает первая династия Шан, в которой атрибутом власти также становится колесница.

На последнем, четвертом, этапе эпохи Северной Евразии наблюдаются признаки системного кризиса. Его причиной, по всей видимости, стало очередное изменение климата. Период увлажненности сменяется иссушением, к которому более приспособлено подвижное скотоводство. Степные пространства преображаются. Уменьшается число стационарных поселений, рудокопы покидают шахты. Бронзовые изделия начинают вытесняться менее качественными предметами, изготовленными из более доступных в природе железных руд.

Мегаобщность распадается на обособленные анклавы. В них еще сохраняются традиции уходящей эпохи, но одновременно зарождаются идеалы нового миропорядка, совершенствуется новая технология металлопроизводства, – производства железа.

Закат эпохи поздней бронзы Северной Евразии произошел в 8 в. до н.э. С этого времени  начинается ранний железный век. Степные пространства Северной Евразии становятся ареной новой мегаобщности, скифо-сибирского мира.

Этап IV. 12/11 – 9/8 вв. до н.э. Финал мегаобщности. Прекращение разработки рудных месторождений, угасание горно-металлургических производств.


Поделиться статьей в соцсетях

Подпишитесь на Proshloe

Только лучшие материалы и новости науки

« Предыдущая запись Следующая запись »

Эпоха расцвета бронзового литья — Журнал «Металлоснабжение и сбыт» — №4,2007

история и искусство

Эпоха расцвета бронзового литья

Наталья Коротченко ,

Павел Черноусов

Бронзовый век, продолжавшийся в течение двух тысячелетий, представляет собой эпоху бурного развития металлургии. Технология изготовления металлических изделий в это время, как правило, включала совместное применение технологий как литейной, так и кузнечной обработки металлов. Мастер-металлург выплавлял металл из руды, изготавливал литейные формы, разливал в них металл, ковал его, полировал и украшал гравировкой.

 Освоение технологии производства бронзовых изделий существенно обогатило знания древних металлургов. При выплавке мышьяковой бронзы впервые была освоена технология составления шихты из нескольких компонентов. При выплавке оловянной бронзы в металл стали добавлять металлические олово и свинец, а кузнечная обработка литых заготовок включила операции по горячей ковке и закалке.
Наиболее значительный прогресс был достигнут в развитии литейных технологий. В эпоху позднего бронзового века (2 тыс. до н.э.) металлурги освоили приемы литья в разъемные песчано-глинистые и каменные формы с литейным стержнем. Несколько позднее были изобретены технологии литья в стопочные формы, в кокиль, в различные формы с креплением литейного стержня на каркасе, литье по выплавляемым моделям и армированное литье.
Оловянная бронза впервые была произведена из полиметаллической руды, добытой из глубинных участков медных месторождений, в состав которой наряду с сульфидами меди входил касситерит (от…

«Металлоснабжение и сбыт» — это журнал для профессионалов металлургического бизнеса.
Журнал уверенно и заслуженно завоевал лидирующие позиции, стал наиболее авторитетным отраслевым изданием и доказал, что информации, публикуемой в нем, можно
доверять.

На страницах нашего журнала Вас ждут:

  1. самые последние новости черной и цветной металлургии России и зарубежных стран,
  2. актуальная статистика и обзоры рынков,
  3. анализ ситуации  по различным направления и сегментам,
  4. обсуждение текущих проблем производителей и поставщиков металла и оборудования,
  5. прогнозы на будущее,
  6. мнения профессионалов и экспертов
  7. ИТ-решения для металлургии,
  8. примеры реализации наиболее значимых проектов в различных сферах металлургии
  9.  и много других важных, интересных и полезных статей (тематический план)

Вы можете оформить подписку на ежемесячный журнал «Металлоснабжение и сбыт» через Российские агентства: Роспечать (подписной индекс — 79756), Почта
России (24521), Объединенный каталог (44767).

Вы так же можете оформить подписку через редакцию. Для оформления подписки заполните нижеразмещенный бланк заказа и отправьте в редакцию.

Бронза – САЙТ О МЕТАЛЛЕ

Изначально бронза — это сплав меди с оловом, но с развитием металлургии к бронзам отнесли все медные сплавы с алюминием, бериллием, кремнием, свинцом и другими элементами. Исключение составляют сплавы цинком (латунь) и никелем (мельхиор).

Название «бронза» происходит от итал. bronzo. Предполагают что слово произошло либо от персидского слова «berenj» (медь), либо от названия города Бриндизи, из которого этот сплав доставлялся в Рим.

Исторически первой бронзой был сплав меди с мышьяком — так называемая мышьяковистая бронза, которую научились производить после середины четвертого тысячелетия до нашей эры. По техническим и физическим свойствам мышьяковая бронза не уступала оловянной, а по разнообразию сортов, пригодных для хозяйственной деятельности даже превосходила её. Однако высокая токсичность производства мышьяковой бронзы, ее непригодность для металлургического передела и другие причины к концу бронзового века постепенно привели к вытеснению мышьяковой бронзы, ее замене оловянной и другими более дорогими сортами.

Классической маркой бронзы является колокольная бронза, которая содержит 80% меди и 20% олова с разбросом соотношения до 3%. Однако, данный сорт применяется далеко не везде, так как имеет высокую хрупкость, которой способствует большое содержание олова.

Физические свойства

Плотность бронзы в зависимости от марки (и включения примесей) составляет 7800-8700 кг/м³. Температура плавления – 930—1140°C

Физиологические свойства

Так как бронза имеет в своем составе медь, ее считают полезной для людей, страдающих повышенным артериальным давлением. Украшения из этого сплава металл снимают головные боли, улучшают эмоциональное состояние, увеличивают защитные свойства организма. Бронзовые монеты прикладывали к больным местам, ожогам, опухолям. Люди верили, что таким образом, они исцелятся. Медицина не подтверждает такое действие бронзы, но сила веры была такой, что многим такие прикладывания действительно помогали.

Мистические свойства бронзы

Как особый сплав олова и меди, бронзу связывают с интеграцией энергии. Считают, что изделия из бронзы укрепляют человека, его духовность и стойкость. Наделяют способностью притягивать материальное благосостояние, развитием в человеке щедрости. Носящий бронзу человек – более сдержан, способен быстро налаживать контакты, менее утомляем, стрессоустойчив.

В древности считали, что для приобретения счастья и приумножения богатства, нужно носить бронзовые украшения – кольца, ожерелья, браслеты. Изготавливали ключи и устанавливали бронзовые ручки на дверях, чтобы сохранить свое имущество и уберечь от кражи.

Евгений Лавриненко (СМ)

Грязная медь или выбранный сплав? Взгляд из Америки на JSTOR

Abstract

Археологи и историки металлургии попытались объяснить постепенный отказ от мышьяковистой бронзы в пользу оловянной бронзы в древнем Старом Свете путем сравнения механических свойств двух бронз. Эти сравнения призваны показать превосходство сплавов медь-олово над сплавами меди и мышьяка, несмотря на отсутствие данных о физических свойствах системы медь-мышьяк.Представленное здесь исследование представляет результаты механических испытаний, проведенных на экспериментальных образцах бронзы обоих типов в широком диапазоне составов сплавов. Определения твердости, прочности на разрыв и относительного удлинения проводили для холоднодеформированного и горячеобработанного (кованого) материала. В то время как оловянная бронза может подвергаться более интенсивному упрочнению, чем мышьяковистая бронза, гораздо более высокая пластичность мышьяковистой бронзы делает ее желательным сплавом для изготовления тонких металлических листов. Широкое распространение медно-мышьяковых сплавов с низким содержанием мышьяка в Северной и Южной Америке, особенно в регионе Анд, отчасти объясняется существовавшей там традицией производства листового металла для создания трехмерных форм.

Информация о журнале

«Журнал полевой археологии» — это ежеквартальный научный журнал,
публикует статьи, представляющие результаты археологических исследований во всем мире,
без ограничений по времени или культурному региону. Ассортимент статей
в теме от палеолитических стоянок до лесопилки XIX века, от остатков пищи
доисторического Миссисипи к экспериментам в технологии Классической Греции,
от использования спутниковых снимков в Китае до священного ландшафта Океании.В статьях представлены оригинальные исследования по анализу и интерпретации.
топографии, архитектуры, особенностей, артефактов и т. д. В центре внимания
по результатам исследования в лаборатории, районе съемки или раскопках.
Представленные убеждения археологии включают антропологические, библейские,
классический, средневековый, исторический и доисторический. Другие темы, вызывающие серьезную озабоченность
включают этику, разрушение археологического контекста, незаконные древности
рынок и история археологии от эпохи Возрождения до наших дней.

Информация об издателе

Основываясь на двухвековом опыте, Taylor & Francis быстро выросла за последние два десятилетия и стала ведущим международным академическим издателем. Группа издает более 800 журналов и более 1800 новых книг каждый год, охватывая широкий спектр предметных областей и включая отпечатки журналов Routledge, Carfax, Spon Press, Psychology Press, Martin Dunitz, Taylor & Francis. Taylor & Francis полностью привержены публикации и распространению научной информации высочайшего качества, и сегодня это остается основной целью.

10.1.5 Медь окончательная

г.

© Х. Фёлль (шрифт Iron, Steel and Swords)

10.1.5 Медь финальная

мышьяк
Медь
Вы читаете 10-е
глава «Железо, сталь и мечи». В следующих девяти главах
с вопросом, почему легирование железа небольшим количеством углерода имеет большое значение для
характеристики.Если вы усвоили только общие идеи, это не должно быть
удивительно, что легирование меди этим и тем также изменит его
характеристики. Вы также узнали, что во время плавки может происходить легирование,
и что вам это может не понравиться. Другими словами: легирование — отличный
то, что нужно делать — пока вы делаете это «в самый раз».
Hardness, безусловно, был первым
собственность, которую древние мастера-металлисты хотели бы улучшить.Или это было? Мы
знайте, что чистое железо или медь слишком мягкие, чтобы отрубать головы, ибо
пример. Эти старые парни (и Джудит), должно быть, пошли на улучшение.
твердость надо думать. Что ж — не обязательно. Прежде чем ты сможешь отрубить
что-то с медным мечом или топором, вы должны сначала сделать это. В случае
Медь и медные сплавы вы производите методом литья. Что-то простое, одно
должен думать.
Нет! Вопреки распространенным заблуждениям, кастинг — дело непростое.Даже если ты сможешь
получить жидкость полностью, простая заливка в форму не поможет.
автоматически сделать хороший объект литья. Вы можете получить пористый материал, например,
поскольку газы, захваченные жидким металлом, не могут выйти и вызвать пузыри, такие как
в швейцарском сыре или дрожжевом тесте. Или ваша форма просто взорвется, не очень хорошо
либо. Вот пример некоторых современных попыток литья медного топора, выполненных
Джулия Викен, которая не бестолковая любительница, но точно знает, что делает:
Три попытки отлить медный топор после
старые «рецепты»
Источник: Юлия Викен «Отчет о
актуалистические предварительные эксперименты по литью — медный молоток и тесла из
Карпатский бассейн »Историческое металлургическое общество, Coghlan Bequest.HMSN. НОВОСТИ Историческое металлургическое общество 69, лето 2008.
Юля пыталась отлить медный топор,
как можно точнее следуя старой технике. Здесь
ссылка на
фактическая бумага. Это не так просто, как вы думаете.
Правильное легирование действительно может сделать
кастинг намного проще. И, как дополнительный бонус, ваш медный сплав может даже получить
значительно сложнее! Единственный вопрос: сколько из того, что мне нужно сплавить, чтобы получить лучшее?
полученные результаты? И почему выигрышный рецепт
так хорошо работать?
Если бы я попытался ответить на эти вопросы подробно и с научной точки зрения,
рассуждая, мне пришлось бы написать еще несколько глав.Я не буду. Просто поверь мне
без моих доказательств ..
Древние мастера по металлу в том, что
теперь Иран не тратил много времени на то, чтобы беспокоиться о том, как ответить на
вопросы выше. Я полагаю, что они беспокоились о том, почему парни
В долине время от времени добывалась «лучшая» медь, чем та, которую они производили,
учитывая, что эти ребята производили медь так же, как и
мог сказать.
Другими словами: нет никаких сомнений в том, что при выплавке меди много
произошло непреднамеренное легирование. Вы также можете назвать это «получение грязи»
в медь ». Некоторая« грязь »может быть полезна для некоторых свойств,
другие могут быть совсем плохими. Посмотри на стол
ниже, чтобы получить представление о широком диапазоне непреднамеренных медных сплавов
произведен еще в 1400 году до нашей эры.
Вероятность столкнуться со всеми видами эффектов легирования / загрязнения во время плавки.
медь выросла с ростом бизнеса.В очень ранней мелкосерийной плавке,
сплавление и другие эффекты могли быть не очень сильными, потому что простые и
использовались довольно чистые руды оксидного или карбонатного типа, например азурит
и малахит, взятые из
приповерхностные отложения.
Температура плавильного цеха тоже была не очень высокой, флюсы не добавлялись.
намеренно. Это просто ограничивает то, что может произойти, помимо того, что
медь. Отделение медных гранул от шлака и остатков древесного угля.
был оставлен, и расплавив эти медные куски на воздухе, немного очистил медь , поскольку
много примесей испарилось или окислилось (а затем их можно было удалить).Очень
поэтому ранняя медь часто бывает довольно чистой.
По мере увеличения производства вам приходилось
копайте глубже в поисках медных руд. Началась серьезная добыча, и там, в
в недрах земли вы встретили более сложные руды, обычно сульфиды, в
всевозможные смеси. По мере увеличения производства все виды руд или руды
смеси попали в плавильные заводы. Глубже в рудные месторождения вы также
имели тенденцию встречаться с минералами других металлов и смешанными минералами, содержащими
медь и другие металлы, например железо,
никель или мышьяк.
Температуры в ваших более продвинутых плавильных печах тоже были выше и странно
теперь могли иметь место реакции.
Элементы, которые часто встречаются в
соединение с медными рудами имело более высокую вероятность, если в конечном итоге
медь, чем остальные. Олово (Sn), ключевой элемент для изготовления собственно бронзы, является
не среди вероятных, поэтому изготовление олова
бронза случайно вряд ли. Наиболее вероятные элементы были
мышьяк (As), сурьма (Sb), никель (Ni), железо (Fe) и я не знаю что еще.
Теперь было возможно почти все, в том числе сделать немного медным (и таким образом
бесполезно) железо. Сильно упрощая, ваша плавка может продолжаться четыре раза.
разными способами:

  1. Вы получили «лучшую» медь, т.е. медный сплав с улучшенными свойствами. Это случается, когда
    Например, если попадает некоторое количество мышьяка, часто вместе с сурьмой и
    никель.
  2. Вы произвели «плохую» медь, например, если железо стало легированным.
  3. Вы произвели полезную медь плюс другие материалы, такие как так называемый «штейн» (сульфиды меди) и железо.
  4. Вы добыли не медь, а что-то
    еще как так называемый «шпейсс»,
    мышьяк — сплав железа.
Это, должно быть, были захватывающие времена
в металлургии. Конечно, то, что мы обнаруживаем много тысяч лет спустя, почти
исключительно артефакты, оставшиеся от успешной плавки меди и медных сплавов.
Никто не хранил бесполезные вещи, и никто не записывал проклятия, произнесенные во время
партия плавки пошла не так.
Как показал Юнсал Ялчин в
упомянутый документ
раньше, концентрации «грязи», содержащиеся в самом раннем
медные изделия, полученные плавкой, значительно различались, но относительно
низкий уровень. Большие вариации в композициях, кажется, имеют место практически для всех
раннего производства меди, с общей чистотой произведенной меди
снижается с увеличением производства в больших печах.
В конце концов кто-то где-то
понял, что некоторые виды меди — например, мышьяковистая медь — были просто
лучше, чем другие, и что можно оптимизировать производство
«хороший» материал, если поместить в плавильную печь правильные ингредиенты.Напротив, избегание некоторых других вещей и практик сделало это менее вероятным.
эта «плохая» медь была произведена.
Это еще раз прямая эволюция. Археологические свидетельства
ясно показывает, что мышьяк
легирование поощрялось, в то время как легирование железа избегалось. Нам это ясно
потому что мышьяковая медь действительно «лучше» медь, в то время как железо
медь вам не на пользу.
Обо всех в древности
Рано или поздно мышьяковая медь вырабатывается намеренно.Иран исключителен в своем
длительное предпочтение мышьяковистой меди в то время, когда большинство окружающих
регионы уже перешли на оловянную бронзу. Почему мышьяковистая медь предпочтительнее
чистая медь? На это есть несколько причин:

  • Это действительно облегчает заброс. Мало того, что температура плавления уменьшается с
    Как и концентрация, он также помогает избежать всех негативных воздействий газов.
    содержится в жидком металле.
  • Образует значительное затвердевание.Всего 2 вес.% As может увеличить твердость
    и предел прочности на разрыв на 30%. Вы также получаете больший эффект упрочнения.
  • Меняет цвет. В частности, мышьяковая медь может проявлять
    серебристый блеск . Это может
    на самом деле кажутся серебряными, если
    концентрация мышьяка была достаточно высокой.

Однако! В
первый закон
экономика по-прежнему применяется. Вы должны заплатить приз. .

Мышьяк (и его соединения)
имеют прискорбную тенденцию убивать вас!
Хуже того, мышьяк убивает
украдкой.Мышьяк и его ядовитые соединения легко испаряются, выливаясь из
ваши тигли и плавильные печи и отравить воздух, которым вы дышите. Не пытайтесь сделать
мышьяк медь себе!
Эци Ледяной человек ,
хорошо сохранившаяся натуральная мумия человека, который жил около 3.300 г. до н.э. и был
найденный в Альпах в 1991 году, в его
тело и волосы. Это, наряду с медным топором Эци, сделанным из чистоты 99,7%.
меди, заставило ученых предположить, что Эци был вовлечен в производство меди
плавка.
Во всяком случае, мышьяковая медь была первой.
произведены более или менее случайно путем «совместного плавления» меди и
мышьякосодержащие руды, такие как арсенопирит (FeAsS), энаргит
(Cu 3 AsS 4 ), домейкит (Cu 3 As) и многие другие
найдены кое-где в меднорудных рудниках. Когда вы понимаете, что есть
связь между «входом» и «выходом» вашего
на металлургическом заводе, вы внимательно следите за тем, какие руды вы используете и как перерабатываете
их перед плавкой.Вы даже можете различать то, что делаете. Некоторые делают
обычная относительно чистая медь для повседневного использования, некоторые другие (и где-то
else) делать высоколегированные «серебристые» престижные предметы, которые продаются
на большие расстояния.
Станьте свидетелем
Клад Нахаль Мишмар , найденный в 1961 г.
пещера на северной стороне Нахаль Мишмар, Израиль. Он датируется 3500 годом до нашей эры или
старше и включает 432 искусных изделия из меди, бронзы, кости и камня; 240 булава
головы, около 100 скипетров, 5 «корон» и многое другое.Медь
одни только объекты весят 140 кг, что для того времени представляют огромную ценность. это
вероятно, это сокровище крупного храма, которое было спрятано для некоторых
причины. Вот изображение некоторых объектов; больше можно найти через
эта ссылка.
Части клада Нахаль Мишмар
Изображение большого размера
Источник: предоставлено Музеем Израиля.
Что именно некоторые из
Эти объекты означают, что не все так ясно.Круглые шары с отверстием
булавы головы. В этом контексте интересно, что булавой наконечник был первым
металлическое оружие найдено так
далеко, и булавы, пригодные для удара по черепу противника, были
работаю долгое время. На картинке ниже изображен хеттский воин со стороны.
600 г. до н.э. с мечом и булавой. Также обратите внимание, что нет мечей
либо в кладе Нахаль Мишмар.

Удивительное мастерство в технологии литья 5500 лет назад было продемонстрировано довольно
красиво по всем этим объектам.Для нас особенно интересен большой ассортимент.
состав сплавов, используемых для предметов, как это видно непосредственно из самых разных цветов.
Действительно, у нас есть предметы из довольно чистой меди, предметы из меди.
легированные до 20% смеси мышьяка (As) и сурьмы (Sb), и, вероятно,
что-нибудь посередине. Некоторый
больше картинок
здесь. На одной фотографии очень хорошо виден «серебряный блеск».
Есть признаки того, что предметы из легированной меди в кладе были
откуда-то привезены.Откуда точно пока неизвестно, но однозначно
не с близкого расстояния.
Поздний (600 г. до н.э.) Хеттский Бог / воин с
меч и булава.
Источник: Снято на Каратепе /
Музей под открытым небом в Турции.
Так как же сплавить медь с
мышьяк? Уделяя пристальное внимание тому, что вы кладете в свою плавильную печь, вы получите только
ты так далеко.Для получения меди с определенной концентрацией мышьяка —
скажем, 3% ± 1% — слишком много вещей должно быть «правильным». Ты
просто не может достаточно внимательно следить за вашим медеплавильным заводом и его производством, и нет
гарантируйте, что вы всегда будете получать 3% -ный материал. При совместной плавке большинство
вероятно, это была технология, которая использовалась большую часть времени, археологические свидетельства
настоятельно предполагает, что должен был существовать какой-то более сложный процесс легирования.
используется после начальной (длительной) фазы совместной плавки и в надежде на лучшее.Так
как это было сделано?
«В чем проблема?» ты
может спросить. «Итак, эти ребята в конце концов расплавили чистый металлический мышьяк и
смешали его с чистой медью, расплавляя вместе, как они это делали с оловом
несколько позже ».
Хорошая мысль. Просто не правильно, извините. Мышьяк в обычном
путь, потому что мышьяк не плавится, а сразу превращается в газ, когда он
достигает относительно низкой температуры 613 o C (1135 o F).Пропуск жидкой фазы и переход от твердого состояния к газу известен как
сублимация . Вы знаете это из замороженного углерода
диоксид (или сухой лед), который производит все эти драматические эффекты «тумана»
в театрах и ночных клубах, когда он сублимируется в богатой водой среде (
Температура замораживания / сублимации составляет -56,4 ° C (-69,5 ° F)).
Мышьяк даже хуже цинка, который также испаряется внутри плавильного завода.
Мышьяк, конечно, быстро переместится
поднимать нагрузку, окисляясь, как только она встречает кислород.Он снова затвердеет
холодные поверхности — и убивает все на своем пути!
Итак, в древние времена никто не производил твердый мышьяк. Совместное плавление твердого мышьяка с
твердая медь в любом случае не годится, так как большая часть мышьяка
испарились задолго до того, как медь станет жидкой.
Таким образом, изготовление сплава медь-мышьяк определенного
трудный. Но некоторые из древних парней, очевидно, придумали способ
делать это — но для археометаллургов далеко не очевидно, как именно
они сделали это.Сейчас идет оживленная дискуссия, подогреваемая новыми
результаты приходят регулярно. Я только дам вам удовольствие от того, что есть
продолжается.
В недавней статье
Pernicka и другие
1) присутствует довольно убедительно
свидетельства того, что, по крайней мере, древние арисманианцы на северо-западе Ирана около 3000 г. до н.э.
намеренно произведено шпейсс , железо-мышьяк
сплав, который затем использовался для производства мышьяковистой меди.Скорее всего руда
«арсенопирит» (FeAsS) был впервые выплавлен для производства шпейсы, которая
затем добавляли к металлической меди или в качестве ингредиента для плавильного завода, имеющего дело с
«настоящая» медная руда. Полученная медь содержала мышьяк (хорошо!)
и железо (плохо!), но железо более или менее удалялось окислением, если
медь плавилась на воздухе.
Давайте оставим это и дадим только
мимолетный взгляд на великолепную отливку мышьяка
медная голова, которая может быть связана с искусством
Эламиты,
ранние мастера металлургии.Он почти твердый и поэтому довольно тяжелый. В
Музей Метрополитен в Нью-Йорке не сообщает, было ли содержание мышьяка высоким
достаточно, чтобы произвести «серебряный блеск», который, возможно, искали для
такие объекты.
Конечно, митрополит не
точно знать, откуда этот объект, потому что, как и большинство объектов, показанных на
Метрополитен и многие другие музеи, это восходит к незаконным раскопкам и
торговля, если вы верите
Оскар
Muscarella, чем я обычно занимаюсь.
Голова правителя; мышьяковистая медь, Иран; ок.
3200 г. до н.э. — 2000 г. до н.э.

Это может быть Ур-Намму (или Ур-Намма, Ур-Энгур, Ур-Гур) ок. 2047-2030 гг. До н.э. кто
основал шумерскую 3-ю династию Ура 2 )
Источник: Снято в «Метрополитен»;
NYC
Можно сказать гораздо больше о
мышьяковистой меди, но, насколько мне известно, археометаллурги далеки от
от того, что придумал «последние» слова к теме.Итак, начнем
оставьте проблему здесь и перейдите к:
бронза
Медная бронза по-прежнему
диверсифицированная и процветающая часть современной металлургии. Мы используем алюминий, свинец,
фосфор, кремний и (укажите название химического
элемент) бронза в наши дни; плюс олово
бронза, «классическая» бронза.Чтобы было ясно: если я посмотрю на
бронза в древности, я имею в виду только оловянную бронзу . Из
Конечно, античная бронза также содержит всевозможные следы или «грязь».
элементы помимо олова — но давайте не будем привередничать и забыть об этом.
Бронза была первым «металлом», навсегда изменившим человечество.
На самом деле, можно сказать, что это изменило человечество к худшему, потому что
«Промышленное» бронзовое оружие позволяло вести широкомасштабную войну.
Беспрецедентные в прежние времена масштабы резни начались около 2000 года.
ДО Н.Э.
Появляется слово «бронза».
сначала около 1730 г .; восходит к итальянскому «бронзо» 13 века.
имеется ввиду металлический колокол или латунь. Более глубокие корни неясны; персидское слово для
источником может быть медь, «бириндж».
Бронза обычно содержит около 10% олова; до 20% также может быть
столкнулся. Микроструктура может быть довольно сложной. Если ты не пугаешься
легко, вы можете рассмотреть возможность взглянуть на
фазовая диаграмма.
Как видно из времени /
Географическая диаграмма использования меди, приведенная ранее, все цивилизации рано или поздно
позже перешел от производства меди и меди с мышьяком к производству бронзы. это
намного лучше:

  • Легирование легко и управляемо (при условии, что у вас есть олово) и не убивает
    вам, потому что ингредиенты не токсичны, в отличие от мышьяка.
  • Отливка намного проще (более низкая температура плавления и меньше проблем с газами,
    и т.п.)
  • Обладает очень хорошей коррозионной стойкостью, что делает его пригодным для использования на судах.
    фурнитура (очень важна для Средиземноморья). Даже гребные винты для кораблей сегодня
    все еще сделаны из бронзы.
  • Бронза значительно тяжелее , чем
    кованое железо или другие используемые в то время медные сплавы. Его диапазоны твердости по Виккерсу
    форма 60–258 против 30–80 у остальных.
Насколько хорошо
бронза по
твердость ? Вот решающая цифра
из обширной работы Heather
Лехтман
:
Твердость оловянной (Sn) и мышьяковистой (As) бронз
по сравнению с углеродистой сталью.
Источник: Хизер Лехтман: «Мышьяк.
Бронза: грязная медь или избранный сплав? Взгляд из Америки »; Журнал
полевой археологии, Vol. 23 (1996) с 477 — 514
Сюрприз! Не только мышьяк медь
так же хороши по твердости, чем оловянная бронза, оба так же хороши, как
нормальная сталь, не содержащая
мартенсит из
закалка.Однако если присмотреться повнимательнее, а также при концентрациях
мышьяка или олова намного выше 1%, оловянная бронза побеждает мышьяковую бронзу с
относительно механических свойств и всех других пунктов, упомянутых выше. Кованые
железо или низкоуглеродистая сталь, однако, не имеют явных преимуществ.
Производство и литье бронзы стало
крупная промышленность, начавшая свое существование около 1500 г. до н.э. в странах
вокруг Средиземного моря. Многие
красивые работы
искусства, в частности «позднего бронзового века» (примерно после 1500 г.
До н.э.) с замысловатыми деталями экспонируются в музеях, в том числе больших
скульптуры и полезные, но дорогие предметы, подобные показанному ниже:

г.

Бронзовая статуя какого-то римлянина в натуральную величину
сенатор.

2 век нашей эры, найден под водой в
Источник: Фотография сделана в Археологической
музей, Адана, Турция.
Подставка для котла
выставлен в «Новом музее» в Берлине; Германия
(вот где вы тоже найдете Нефертити). Вероятно, это из Китиона / Кипра.
Обратите внимание, что он был сломан и исправлен довольно неуклюже.
Встречается большая фотография ритуального хеттского бронзового топора.
здесь
Стал известен сплав оловянной бронзы (Cu-Sn)
в конце 4-го тысячелетия до нашей эры и начале 3-го тысячелетия до нашей эры в
Месопотамия и западный Иран (области Хузестан и Луристан). Ранние бронзы в
некоторые места могли быть образованы в результате случайной совместной плавки медных руд
и касситерит (SnO 2 ), единственная оловянная руда. Касситерит — это
однако довольно редко, и это было и остается предметом многочисленных споров в
археология, где многие мастера бронзы в древности получали касситерит или
металлическое олово из.
Чтобы сократить очень длинную и запутанную историю,
медь и олово в конечном итоге стали предметами массовых торгов во второй
тысячелетие до нашей эры. Кипр был крупным
производитель меди, и «бычья шкура»
медных слитков обычно восстанавливаются
с торговых кораблей, затерянных в Средиземном море, можно найти практически в любом
археологический музей в Европе — кроме
тот, что на Кипре, это
кажется.
Многое из того, что мы узнали о производстве металла и торговле металлом в период расцвета
бронзового века происходит от «Улубуруна г.»
корабль «
», затонувший около 1320 г. до н.э.
г.
Ниже Берлин
медный «слиток» бычьей шкуры
Слиток , кстати, кусок относительно чистого
материал, обычно металл, отлитый в
форма, подходящая для дальнейшей обработки. Кусочки железа, используемые для торговли, таким образом
не слитки, даже в некоторых известных музеях
обращайтесь к их железу таким образом.
Слиток меди «Оксид», 26 кг; 2 000
До н.э. — 1000 г. до н.э., Кипр
Источник: Фотография сделана в «Neues»
Museum », Берлин; Германия.
Слитки олова «Oxhide»
менее распространены, но тоже существуют. Корнуолл дюйм
Англия (в те времена находившаяся очень близко к краю света) была известной
источник, и некоторые другие были известны примерно в 1980 году, но эти известные источники олова
для бронзовой промышленности было просто недостаточно. Между тем, более 40 древних
участки добычи олова были обнаружены на юге Турции, и наши знания
древней металлургии изменилась и улучшилась с тех пор. Я сомневаюсь, что
последнее слово уже сказано по теме и поэтому не будем углубляться в
предмет.
Больше о олове и других ранних металлах можно найти в концентраторе ссылок.
Таким образом можно было изготовить оловянную бронзу.
просто расплавив металлы, и я больше не буду вдаваться в это. Много испытаний
и ошибка должна была произойти, но в конечном итоге медь, олово и бронза
технологии освоены достаточно хорошо. Примерно в 285 г. до н.э., например, некоторые Чарес
Линдоса
Колосс
На Родосе воздвигнута бронзовая статуя высотой 30 м, сделанная из 500
«таланты» бронзовые (15 тонн) и 300 талантов железа (9 тонн).В
Ассирийский царь Сеннахирим (704 г. до н.э. — 681 г. до н.э.) утверждает, что отлил 30-тонную бронзу.
статуя, и он мог быть не единственным.
Для сравнения: Бронзовая Бавария в
Мюнхен, отлитый примерно в 1848 году, имеет высоту 18,5 метра и вес около 87 тонн. В
Статуя свободы в Нью-Йорке была возведена в 1886 году, ее высота составляет 46 метров, а вес — 27 тонн.
медная кожа. 350 миллионов долларов было собрано для реставрации статуи в
1984, чтобы дать примерное представление о том, какие деньги нужны для того, чтобы хвастаться
стиль.
Следующий рисунок
дает представление о развитии технологий во второй половине второго
тысячелетие до нашей эры в Иране
Вариант состава медь / бронза от
С 1400 г. до н.э. до 1000 г. до н.э.
Источник: Взято из: Omid Oudbashi, S.
Мохаммадамин Эмами и Парвиз Давами (2012).Бронза в археологии: обзор
Археометаллургия бронзы в Древнем Иране, медных сплавов — начало
Приложения и текущая производительность — процессы улучшения, д-р Лука Коллини
(Ред.), ISBN: 978-953-51-0160-4, InTech
В то время как более ранние образцы — все от
в том же месте и в то же время — показали дикие колебания концентраций примесей, 500 лет спустя
легирующий элемент олово (Sn), очевидно,
намеренно добавлен с хорошо контролируемой концентрацией около 10%.Похожий
наблюдения проводятся для других мест.
Все это сводится к простому
вывод: около 1500 г. до н.э. в г.
многие области Старого Света, которые могли производить медь, олово, бронзу (Cu + Sn)
воспроизводимо и в количестве. Не забыть много свинца, серебра,
ртуть и даже латунь (Cu + Zn) также производились в более или менее сложных
способами. Некоторые довольно сложные техники разделения и очистки некоторых металлов
также существовали, посмотрите модуль «Ранние металлы».
Главный вопрос: какого черта?
Разве эти ребята не должны были делать железо и сталь? Я приду к этому, но хочу
чтобы указать уже здесь, что появление технологии чугуна и стали было
не единичный прорыв, а часть уже существующего и уже весьма
развитая инженерная система. Если бы раньше производилось не так много железа и стали
1200 г. до н.э., это было не столько потому, что это невозможно было сделать, сколько потому, что эти парни
не хотел этого делать.
Перед тем как я сейчас наконец перейду на утюг и
стали, давайте сначала кратко рассмотрим, как висят плавки меди и железа
все вместе.
Шпейс, матовый и железный
по выплавке меди
Как упоминалось ранее, становится больше
усложняется, когда у вас заканчиваются чистые простые оксидные или карбонатные руды.
Обычно эти минералы образовывались, когда исходные руды вступали в контакт с воздухом (и водой),
и это происходит, когда они находятся близко к поверхности.Всю дорогу в
Недра земли у вас есть исходные руды, обычно сульфиды. Между
вещи сложные. Поверхностная руда могла раствориться под дождем или в земле.
вода, а затем смылась глубже, где снова выпала в осадок. Над
миллионов лет сложная смесь оксидов, карбоната, сульфидов меди и
еще много чего накапливается вместе со «смешанными металлами»: руды, содержащие
мышьяк, железо, сурьма, никель и все остальное, что было под рукой.
Положить сульфиды или более сложные
вещи в вашем плавильном заводе и весь ад вырвется наружу, по крайней мере, в ольфакторном
смысл.Некоторые из сульфидов и сульфатов станут окисленными, и ваш
Устройство будет источать адский дым, как диоксид серы, SO 2 . В
окисленные руды могут плавиться, то есть превращаться в металл и двуокись углерода.
Выжившие сульфиды не будут восстановлены, но будут генерировать
беда. Поэтому неплохо «поджарить» руду перед тем, как
положить их в плавильную печь. Обжарка витка
сульфиды в оксиды. Это не требует очень высоких температур и может выполняться на
своего рода сковородка с обычным огнем внизу.
Вот что древние мастера по металлу
сделал это, когда выплавка меди во втором тысячелетии стала настоящей отраслью промышленности.
Жареные руды были не особенно полезны, особенно если они также содержали
немного мышьяка, и было бы неплохо сказать против ветра жареных сковородок и
плавильных заводов, если бы вы могли. Однако древним мастерам по металлу редко удавалось
окисляя руды на 100%, а некоторые сульфиды все же перешли в
плавильная печь.
К тому времени в плавильную печь также пошло некоторое количество оксидов железа. Либо потому что
они оказались поблизости или, что более вероятно, потому что они были добавлены
намеренно как флюс. Оксиды железа вместе с повсеместными всегда присутствуют
силикаты (вещества, содержащие диоксид кремния, SiO 2 ), производят
фаялит , (Fe 2 SiO 4 ), а
отличный шлаковый материал.
Мы знаем, что это было сделано, потому что
шлаки от передовых медеплавильных и чугуноплавильных заводов практически идентичны
их композиции! Металлургические заводы также были относительно большими и могли легко добраться до
высокие температуры около 1300 0 ° C или выше.Что произошло под этими
Обстоятельства довольно сложные и приведут нас прямо к выплавке чугуна.
Я уже ясно дал понять, что в
во втором тысячелетии до нашей эры плавка меди и олова велась в больших масштабах, и
довольно сложная базовая технология и
инфраструктура. Вокруг плавильного завода
все еще выглядело довольно примитивно, но
это было и остается обманом.
Важно понимать, что бронза — не единственный производимый металл (сплав).
в древности.Включая железо, было « семи металлов
античность
»: золото (Au),
Серебро (Ag), медь (Cu), железо (Fe), олово
(Sn), свинец (Pb) и ртуть (Hg). Косвенным образом было также
Цинк (Zn) начиная с латуни, медно-цинкового сплава,
был сделан, но без элементарного цинка. Этот
специальный модуль сообщает это
все. Помимо плавки, необходимой для производства всех этих металлов, кроме золота и
ртути, были изобретены другие довольно хитрые технологии для очистки и
«обрабатывая» эти металлы.И существовало немало таких технологий.
до того, как железо стало производиться в больших масштабах.
Вопрос, к которому я обращаюсь еще раз: почему железо появилось так поздно? Является
особенно сложно это сделать что ли? Прежде чем я углублюсь в это, давайте спросим
более общие вопросы: как насчет многих других металлов периодическая система
обеспечивает? Почему не было никеля (Ni), кобальта (Co), хрома (Cr),
марганец (Mn), титан (Ti) или платина (Pt), и это лишь некоторые из них? После всего,
мы можем быть уверены, что после открытия плавки некоторые первые предприимчивые
инженеры и ученые, должно быть, пытались извлечь металлы из почти каждого
камни и минералы они могли найти.
Я уже ответил на это
вопросы по частям — ищите
этот модуль и
здесь вы, вероятно, найдете больше, чем ищете! Некоторые металлы просто не могут
плавить с углеродом или оксидом углерода в качестве восстановителя. Некоторые металлы,
включая железо, может быть восстановлен до элементарной стадии, но не расплавлен и, таким образом,
не будет собираться в виде лужи жидкости на дне плавильной печи. Вы только могли
«сделайте» их, если вам удалось сконденсировать их в безопасном месте под
фурма в твердом состоянии в виде «блюма».Пока это работает с железом,
он может не работать с другими металлами. На самом деле я не знаю, потому что никто, это
похоже, пробовал это сделать, например, с марганцем (Mn, точка плавления
1244 o ° C; 2271 o F), никель 1535 (Ni, точка плавления
1453 o ° C; 2647 o F) или кобальта (Co, точка плавления
1495 o ° C; 2723 или F). Вполне может быть, что по одной причине или
во-вторых, все эти металлы были просто недоступны в древности, но я
подозреваю, что некоторые металлы действительно могли быть сделаны, но не имели
использует.Будущие археологи, раскапывающие останки 20 века, будут
нелегко найти индий (In) или галлий (Ga), так как они были более или менее
бесполезно, даже если эти металлы были произведены (как побочные продукты других металлов).
Только в последние несколько десятилетий они стали ключевыми металлами для некоторых высоких технологий.
Приложения. Марганец (Mn) сам по себе, например, не принес бы много пользы.
в древнем мире и сплавить его с железом было невозможно, так как железо
не могло быть растоплено.
Чтобы упростить длинную и сложную историю, я
просто дать вам некоторые результаты того, что люди во втором и особенно в
первое тысячелетие до нашей эры испытали свою практику выплавки металлов.
1. Сделано
Speiss

Speiss — собирательное название для всех видов арсенидов и антимонидов, производимых на плавильном заводе. Обычно у нас есть
арсенид железа и меди.Поскольку мышьяк и сурьма — это металлы (вроде),
Шпейсс, таким образом, тоже металл (сплав). Это подошло
выше в контексте производства мышьяка
медь, но на самом деле она появляется постоянно. Если бы он не плавился
намеренно, как и в случае выше, он часто был побочным продуктом меди и
плавка свинца. Мышьяк-медь можно рассматривать как крайний случай шпейса на
сторона с низким содержанием мышьяка.
Гораздо больше можно было бы сказать о роли шпейса на протяжении тысячелетий, но не
упомяните этимологию этого слова.Это довольно странно по-английски — а точнее
распространено в немецком языке: Speiss относится к «Speise» = еда, «Speis»
это южногерманский диалект для миномета, и колокольни все еще используют
«Speise» для литья колоколов. Глагол «einspeisen» означает «чтобы»
впрыскивать, кормить, подавать с. Вы уловили дрейф.
2. Сделали
Матовый

Штейн — это собирательное название сульфидов металлов, производимых на плавильных заводах, обычно Cu, Fe, Ni.
и сульфиды свинца.Сера (S) не является металлом, поэтому сульфиды тоже не металлы.
Штейн может образовываться как промежуточный продукт при плавке сульфидных руд,
особенно для меди и свинца. Причина образования матовости проста: пока
вы можете превратить сульфид в оксид с помощью тепла и кислорода, т.е.
воздух, вы не можете восстановить сульфид оксидом углерода в плавильной печи. В
сульфиды, попадая в зону восстановления, оказываются расплавленным слоем на
верх слоя расплавленной меди и ниже слоя шлака, так как эти жидкости
не смешивайте и не располагайте по плотности.
Матовый — тяжелый, хрупкий, черный при затвердевании; это считалось
неудобства в первые дни плавки. На самом деле это очень богатая медная руда, которая может
быть переплавленным до чистых металлов за секунду — если вы знаете, как это сделать. Я даю
Подсказка: хорошо обжарьте на воздухе и добавьте кремнезем в качестве флюса — это поможет
обманывать. Большая часть древнего штейна использовалась для изготовления меди.
позже.
Матовый — снова странное слово на английском языке и не такое уж странное на немецком.
3. Сделали
утюг

Итак, вы хотите сделать медь. Вы кормите свою плавильную печь обжаренной медью (+
мышьяк) руда; смесь оксидов и сульфидов и черт знает что еще. Вы добавляете
немного оксида железа и песка / оксида кремния в качестве флюса плюс много древесного угля. Сейчас
считать:
Почему бы тебе тоже не достать железа?
Вы ожидаете получить мышьяк
медь, немного матового и, возможно, немного шпейса.Отлично. Вы назвали оксид железа, который
вы добавляете в плавильную печь «флюс» — но с тем же успехом можете
назвал это «железной рудой».
Правда в том, что железо получилось, если не проявить осторожности. Изготовление железа
случайно представлял реальную опасность при плавке меди, и ее лучше всего избежать
поддерживая как можно более низкие температуры. Причина проста: вы получаете железо
либо восстановлением руды при умеренных температурах на высоких уровнях шихты, либо путем
восстановление богатого железом фаялитового шлака
плавание поверх всего остального до самого конца.Пока железо
произведенный оставался прочным, он не мог много сделать. В худшем случае какие-то частицы,
или тонкий слой частиц железа, плавающих поверх вашей расплавленной меди,
возможно. Однако, если бы железо могло содержать достаточно углерода, чтобы превратиться в отливку
железо, оно разжижилось и доставило неприятности. При более высоких температурах это больше
скорее всего произойдет.
Обнаружена медь, содержащая до 35% железа. Вполне возможно
что древние медники довольно часто производили медь, богатую железом.Это было,
тем не менее, не так уж и сложно очистить зараженную железом медь: просто расплавьте
Это. Все, что превышает предел растворимости около 4%, выпадет в осадок и всплывет.
на поверхность, откуда можно как железо забрать! Остальное вы можете выбраться, подув воздух на
вы жидкая медь, окисляющая железо, но не медь. Добавьте немного кремнезема
и получается шлак, сидящий сверху и при этом легко снимаемый. Есть два
достопримечательностей здесь:
Первый момент: древние медные парни
точно знал про железо.Однако то, что они получили, было загрязнено железом.
медь, а это было и есть «плохое» железо, свойства которого никому не нравятся.
Второй момент: древняя медь
ребята определенно знали об очистке металла, подвергая его воздействию кислорода в его
жидкое состояние. Это, чтобы освежить вашу память, так делают сталь из литья.
утюг.
4. Делали смеси
всего вышеперечисленного

На картинке показан своего рода (в высшей степени идеализированный) наихудший случай, когда вы получаете
все при плавке меди.Обычно преобладает матовый или шпейс.
при выплавке меди (сульфида). Однако при плавке свинца вы могли получить
все, кроме, пожалуй, утюга, потому что можно поддерживать температуру
относительно низко.
Что вы нашли в тигле
Даже современные медеплавильные заводы
беспокойтесь о мате и шпейсе.Если вы произведете один из них, ваша эффективность не будет
настолько хорошо, насколько это могло быть. Действительно, современная традиционная металлургическая мудрость гласит:
что производства шпейса следует избегать почти любой ценой, так как это
больше вреда, чем пользы для практических целей

Обработка медно-мышьяковых сплавов в эпоху ранней бронзы и влияние на определение происхождения

Клад коротких мечей Ла-Рувьер, Чусклан, в районе долины Роны Гар, был обнаружен случайно во время сельскохозяйственных работ в 1994 году.Предметы были обнаружены при раскопках отвала. Опрос, проведенный позже на местах, не уточнил условий депозита. Клад располагался на склоне холма в нескольких километрах от слияния рек Рона и Сез. Следы на лезвиях с очень большой вероятностью указывают на то, что изначально три меча были поставлены в положение «вершина к хвосту». Они наверняка были связаны вместе или помещены в скоропортящийся мешок. Природа и форма клада — веский аргумент в пользу интерпретации, не имеющей отношения к какой-либо похоронной деятельности.Три коротких меча принадлежат к трем разным морфологическим типам. Первый относится к иберийскому типу, с параллелями, найденными на юго-востоке Испании, в аргарской культуре (мечи с шестью заклепками из Фуэнте Аламо, Пефиалоса, Эль-Аргара). Однако лучше всего сравнить с мечом, собранным на четырех заклепках из Месеты на севере Испании (Ла-Лома, Вильявиудас). Второй меч — более континентального типа, напоминающий узоры, наблюдаемые на клинках мечей и алебард в Бургундии и северной Франции (Санс, Монтрей-сюр-Мер), Германии (Кельнский музей) и кладе Рид (Австрийский Тироль), датируемом поздним периодом. Ранний бронзовый век.Третий клинок — единственный образец, на котором сохранилась незавершенная бронзовая металлическая рукоять. Он принадлежит к ронскому типу по определению С. Свенцера. Это оружие имеет распространение на юге, в юго-восточной Франции и северной Италии, вероятно, в период поздней бронзы А2. Несколько сравнений, проведенных в регионе Вале (Швейцария), полуостровной Италии и равнине По, указывают на то, что он, вероятно, был изготовлен под влиянием курсива. На это также указывает короткая длина третьего меча, что является исключением для типа долины Роны.Наконец, три коротких меча из клада Ла-Рувьер типологически датируются концом раннего бронзового века. Таким образом, мы признаем, что в Западной Европе существовало производство коротких мечей, которые не подвергались влиянию традиции Хайдусамсон-Апа-Игиэль-Зайта в Центральной Европе. Для анализа металла было отобрано одиннадцать образцов: три — от лезвия 1 (лезвие и заклепка), три — с лезвия 2 (лезвие и заклепка) и пять — с лезвия 3 (рукоять, лезвие и заклепка). Лезвия изготовлены из не содержащей олова мышьяковистой меди, очень специфического состава.Уникальность элементного состава не подтверждается изотопным анализом свинца, который показывает использование различных неидентифицированных источников меди. Использование такого медно-мышьякового металла хорошо задокументировано на юге Пиренейского полуострова и, в более широком смысле, на Атлантическом побережье и на Британских островах. Чтобы определить происхождение металла, метод, использующий изотопный состав свинца, работает путем исключения несовместимых источников. В данном случае этот метод не позволяет нам исключить Пиренейский полуостров и Британские острова как источники меди трех лезвий из Чусклана или предположить другое однозначное происхождение металла.Композиция этого набора, который включает три исключительных предмета из разных культурных традиций (северных испаноязычных, центральноевропейских, рионских италийских), иллюстрирует особую форму осаждения, определяемую как « многовидовую » и отличную от коллекций кинжалов той же природы. и / или в сочетании с другими объектами, такими как топоры. Клады такого типа наблюдались вдоль основных циркуляционных маршрутов Западной Европы: Чиссак в Медоке на атлантическом побережье, в районе долины Роны Гар в Шусклане, Кастион-дей-Маркези на равнине По и Гау-Бикельхайм у Рейн-Майна. слияние.Такое широкое географическое распределение, безусловно, отражает иерархическое превосходство таких кладов и лиц, которые манипулировали их содержимым, согласно гипотезе Х. Вандкильде, разработанной на основе нордических данных. Следует также отметить, что типологически неоднородный клад Чусклана расположен на границе основных ареалов западного альпийского медного сырья (Изер, Верхние Альпы) и распространения кинжалов ронского типа. Наконец, остается вопрос, перекрываются ли циркуляционные сети многовидовых и моноспецифических кладов.

Медь: древний металл | Дартмутские токсичные металлы

Люди встречаются с металлом

Между семью и десятью тысячами лет назад наши ранние предки обнаружили, что медь податлива, имеет острый край и из нее легче превращаться в инструменты, украшения и оружие, чем из камня. Открытие, которое навсегда изменило человечество. Эта встреча людей и металлов станет первым шагом из каменного века в эпоху металлов: бронзовый и железный века.Так началось усиленное перемещение элементов и минералов из их родительских геологических формаций в воздух, почву, воду и живые организмы через плавильные печи, печи и хвостохранилища шахт.

Первые несколько тысяч лет производства меди мало способствовали глобальному или даже локальному загрязнению. Медь не очень токсична по сравнению с другими металлами, и первые люди использовали ее слишком мало, чтобы начать концентрировать ее в почве, воздухе или воде до такой степени, что это могло бы повлиять на здоровье человека или экосистемы.Похоже, что в течение первых нескольких тысяч лет его использования люди экспериментировали и изучали методы использования меди. По мере того, как они совершенствовались в работе с ним, цивилизации становились более сложными, что, в свою очередь, часто позволяло использовать более совершенные технологии обработки меди. Это привело к более широкому использованию меди и большему проникновению меди в нашу повседневную среду.

Рождение металлургии

Считается, что золото использовалось раньше, чем медь, хотя его мягкость и дефицит сделали его непрактичным для широкого использования, тогда как медь более твердая и находится в чистой форме («самородная медь») во многих частях мира.(Отличные цвета золота и меди и наличие в чистом виде позволили нашим предкам легко отличить два металла от других минералов и камней, с которыми они сталкивались.)

Археологи расходятся во мнениях относительно точной даты и места первого использования меди людьми. Археологические данные свидетельствуют о том, что медь впервые использовалась между 8000 и 5000 годами до нашей эры, скорее всего, в регионах, известных сейчас как Турция, Иран, Ирак и — к концу этого периода — на Индийском субконтиненте.Археологи также обнаружили свидетельства добычи и отжига богатой самородной меди на Верхнем полуострове Мичиган в США, датируемой 5000 г. до н. Э.

Самородная медь, вероятно, была использована первой, так как для ее очистки не требовалось никакого процесса. Из него можно было придать форму, хотя он был бы очень хрупким. Отжиг был первым шагом на пути к истинной металлургии, когда люди обнаружили, что медь становится более гибкой и с ней легче работать, если ее нагреть перед молотком.Затем было освоено литье расплавленной меди в изложницы. В какой-то момент люди обнаружили медную руду и — возможно, случайно — что руду можно нагреть до очень высоких температур в среде с низким содержанием кислорода, чтобы расплавить чистую медь, процесс, известный как плавка. Это придало больше гибкости медному ремеслу; Самородная медь больше не была единственным полезным видом меди, если ее можно было извлекать из руд.

Египтяне-новаторы

Медное зеркало с деревянной ручкой из Среднего Царства Египта (ок.2000-1500 до н.э.) или позже. Предоставлено: Художественный музей Гуда, Дартмутский колледж; Дар поместья Гарольда Годдарда Рагга, класс 1906 г.

Шумеры и халдеи, жившие в древней Месопотамии, считаются первыми людьми, широко использовавшими медь, и их знания в области изготовления меди были представлены древним египтянам. Египтяне добывали медь на Синае и использовали ее для изготовления сельскохозяйственных орудий, таких как мотыги и серпы, а также посуды, посуды и инструментов ремесленников, таких как пилы, долота и ножи.Египтяне, как известно, любили украшения для себя, делали зеркала и бритвы из меди и делали зеленый и синий макияж из малахита и азурита, двух соединений меди с ярко-зеленым и синим цветами.

Сравнивая чистоту медных артефактов из Месопотамии и Египта, ученые определили, что египтяне улучшили методы плавки своих северных соседей в Месопотамии. Большинство изделий из меди в Египте производилось путем литья расплавленной меди в формы.Египтяне, по-видимому, были одной из нескольких групп, которые независимо разработали метод литья по выплавляемым моделям, который используется до сих пор. (Проще говоря, воск формируется в форму конечного продукта, который затем покрывается глиной. Воск расплавляется, оставляя глиняную форму, которая затем заполняется расплавленной медью. Форма ломается, когда металл остывает.)

Бронза лучше

Египтяне, возможно, были первой группой, которая обнаружила, что смешивание меди с мышьяком или оловом делало более прочный и твердый металл, который лучше подходил для оружия и инструментов и его легче было отливать в формы, чем чистая медь.(Поскольку медная руда часто содержит мышьяк, это могло быть непреднамеренным результатом плавки медной руды, которая включала встречающийся в природе мышьяк.) Этот сплав меди с мышьяком или оловом называется бронзой, и есть археологические свидетельства того, что египтяне впервые произвели бронзу в 4000 г. до н.э. Бронза, возможно, также была разработана независимо в других частях Ближнего Востока и других частях мира. Независимо от того, где она возникла, металлургия бронзы вскоре обогнала медь во многих частях земного шара, открыв тем самым бронзовый век.(В частях света, где не было залежей олова, медь использовалась отдельно или в сплаве с другими металлами, пока не было введено железо.)

В процессе плавки бронзы, сделанной из мышьяка, образуются ядовитые пары. Люди, возможно, предпочли бронзу на основе олова или обнаружили, что было легче контролировать количество олова, добавляемого к меди, чем контролировать количество мышьяка, который часто встречается в медной руде. Какой бы ни была причина, бронза, сделанная из олова, вскоре стала предпочтительной бронзой на Ближнем Востоке.

Месторождения олова были более ограничены определенными географическими районами, чем медь, которая была легко доступна во многих частях Ближнего Востока, а также в других частях мира. Когда люди начали использовать бронзу вместо чистой меди для изготовления оружия и инструментов, развивалась торговля оловом. Доступность бронзы привела к созданию более совершенных инструментов и оружия, а с более совершенным оружием армии могли лучше завоевывать соседние общества (и грабить их ресурсы олова и меди).

Бронзовый клинок бронзового кинжала из крысиного хвоста с Кипра.Предоставлено: Художественный музей Гуда, Дартмутский колледж; Завещание Эмили Хоу-Хичкок

Остров Кипр в Восточном Средиземноморье был важным местом для людей европейского и ближневосточного бронзового века, желавших купить или разграбить медь. Кипр был основным поставщиком меди в Римскую империю. Название «медь», вероятно, происходит от латинского «aes Cyprium», что означает «металл Кипра». Однако некоторые предполагают, что название «Кипр» могло быть вторым; возможно, оно произошло от более старого слова, обозначающего медь.

Медное ремесло и духовность

Поскольку медь помогла людям продвигать войны, она также играла роль в религиозной и духовной жизни людей по всему миру во времени. Хатор, египетская богиня неба, музыки, танца и искусства, также была покровительницей Синая, крупнейшего египетского региона добычи меди; ее часто называли «леди Малахита».

Для жителей Анд в Южной Америке, которые разработали самую передовую металлургию в доколумбовой Америке, металлургия меди была чем-то большим, чем светское ремесло для производства инструментов.Используя самородную медь, андские ремесленники изготавливали религиозные предметы из толченой медной фольги и позолоченной меди.

Женский ножной браслет / гадательный инвентарь, сделанный из медного сплава народом сенуфо из Кот-д’Ивуара, Африка, XIX век. Авторы: Художественный музей Гуда, Дартмутский колледж; Дар Арнольда и Джоанны Сироп

Во многих доколониальных культурах к югу от Сахары медники, как полагали, обладали способностями шаманов, магов и священников из-за их глубокого знания земли, минералов и огня и их способности производить металл. из руды.В некоторых частях континента медное дело было унаследованным положением, когда мастера-кузнецы передавали тайные знания своим сыновьям. Добыче, плавке и литью медной руды предшествовали тщательно продуманные церемонии, обеспечивающие безопасность и плодотворность этих усилий.

Медь сегодня также играет роль во многих верованиях Нью Эйдж. В некоторых современных религиях считается, что он обладает целительной силой как духовно, так и физически. Некоторые люди носят медь, чтобы облегчить симптомы артрита.

Бронзовые Будды и медные «наличные»

Бронзовый Будда Дипанкара VII века из Индии. Предоставлено: Художественный музей Гуда, Дартмутский колледж; Дар Пола Э. Манхейма

Жители Индийского субконтинента использовали медь и ее сплавы так же давно, как и все остальные. В древние времена было широко распространено бронзовое литье, и бронза использовалась для религиозных статуй и произведений искусства. Эта практика также распространилась на Юго-Восточную Азию, где медь и ее сплавы широко используются даже сегодня в буддийских произведениях искусства.

Медь была впервые использована в Китае около 2500 г. до н.э. Китайцы также быстро начали использовать бронзу и использовали различное процентное содержание олова в бронзе для разных целей. Они широко использовали медь и бронзу для чеканки монет. Во время расцвета экономической деятельности и расширения внешней торговли при династии Сун, примерно с 900 по 1100 год нашей эры, использование наличных денег — круглых медных монет с квадратным отверстием посередине — резко возросло. В некоторых цивилизациях производство меди теперь достигло почти промышленных масштабов, хотя, вероятно, нигде больше, чем в Древнем Риме.

Римляне: высокоразвитые загрязнители

Хотя железо и свинец использовались в эпоху древних римлян, медь, бронза и латунь (сплав меди и цинка) использовались римлянами для монет, элементов архитектуры, таких как двери, и некоторых частей их разветвленная водопроводная система (хотя трубы были свинцовыми). Они также разработали трубчатые органы из медных трубок.

Римская медная монета номиналом «Ас» времен правления Калигулы, ок. 37–38 гг. Н.э. Фото: Художественный музей Гуда, Дартмутский колледж; Дар Артура Фэрбенкса, класс 1886 г.

Римляне контролировали обширные месторождения меди по всей своей империи.Ученые, анализирующие изотопы меди и следы металлов, присутствующие в римских медных монетах, определили, что Рио-Тинто, Испания (все еще действующий медный рудник), Кипр и, в меньшей степени, Тоскана, Сицилия, Великобритания, Франция, Германия и другие части Европы и Ближний Восток был источником меди для Империи. Повышение чистоты римских медных монет с течением времени также показывает, что методы их плавки быстро улучшились.

Римляне в период своего расцвета производили около 17 000 тонн меди в год, больше, чем было бы произведено до промышленной революции в Европе.Благодаря такому огромному производству меди произошло загрязнение, которое было непревзойденным почти две тысячи лет, когда началась промышленная революция. Повлиял ли загрязненный воздух от ранней плавки меди на здоровье людей, живших в древние времена? Наверное. Ранние методы плавки в то время были грубыми и неэффективными по сегодняшним меркам. При плавке меди и, в меньшей степени, при добыче меди образовывалась пыль с ультратонкими частицами, которая уносилась в атмосферу воздушными потоками, создаваемыми интенсивным нагревом от плавильных операций.Большая часть загрязнения пришлась бы на места плавки, вызывая проблемы со здоровьем и загрязняя почву и воду.

Римский бронзовый водяной смерч 2-го века нашей эры. Предоставлено: Художественный музей Худ, Дартмутский колледж; Дар Лео А. Маранца, класс 1935 года

Ученые в 1990-х годах обнаружили, что загрязнение медью присутствует в 7000-летних слоях льда в ледниковых шапках Гренландии. Слой льда откладывается на ледниковые шапки ежегодно, что позволяет год за годом анализировать состав льда.Поскольку в начале бронзового века плавка меди стала широко распространенной, в воздух было выброшено достаточно меди, чтобы загрязнить лед за тысячи миль. Пики концентраций меди в слоях льда соответствуют эпохе Римской империи, расцвету династии Сун в Китае (ок. 900-1100 гг. Н.э.) и промышленной революции, при этом пониженные концентрации были обнаружены во льдах, отложившихся сразу после падения Римская империя и в период позднего средневековья Европы, когда использование меди и бронзы было меньше.

Загрязнение медью времен Римской империи до сих пор не дает покоя. Один из бывших римских медных рудников и плавильных заводов в Вади-Файнане, Иордания, по-прежнему — две тысячи лет спустя после прекращения деятельности — остается токсичной пустыней, усеянной шлаком от плавки меди. Исследователи обнаружили, что растительность и домашний скот в Вади Файнан сегодня имеют высокий уровень меди в тканях.

Промышленная революция: продолжение того, на чем остановились римляне

Начиная с конца 1600-х годов, выплавка меди стала одной из основных отраслей промышленности Великобритании.Медная руда из Корнуолла и других областей и угольных месторождений по всей стране питала плавку меди. Обилие угля в Суонси, Уэльс, сделало этот прибрежный город идеальным местом для британской медеплавильной деятельности, начиная с начала 1700-х годов. Медная промышленность двигала экономику этого города. Состоятельные англичане часто владели плавильными заводами, в то время как местные жители Уэльса работали в промышленности разнорабочими. Как и в Древнем Риме, выплавка меди имела свою цену. Город и когда-то пышная сельская местность, окружавшая Суонси, были лишены растительности из-за ядовитого медного дыма, который поднимался из труб плавильных печей и оседал на окружающий город и поля.Верхний слой почвы на обнаженных склонах холмов подвергся эрозии. У домашнего скота появились новые странные болезни, такие как опухшие суставы и гнилые зубы. Фермеры обвиняли дым. Сообщается, что дым также вызвал одышку, снижение аппетита и другие жалобы у людей.

Медная руда Корнуолла, очищенная на плавильных заводах в Суонси, содержала много мышьяка, серы и плавикового шпата (соединение фтора). Плавильные печи выделяли пары этих соединений вместе с выхлопными газами угля, использовавшегося при производстве.Сера и плавиковый шпат из дыма смешивались с водой и кислородом в атмосфере с образованием сернистой, серной и плавиковой кислот, которые пролились на Суонси в виде кислотных дождей. Медный шлак и другие отходы покрывали ландшафт возле плавильных заводов.

Исторический отпечаток плавки меди 18 века в нижнем течении долины Суонси

В 1821 году в Суонси был создан фонд за счет взносов некоторых владельцев плавильного завода, который пойдёт всем, кто сможет разработать технологию для снижения уровня выбросов ядовитых веществ. от плавильных заводов.(Промышленники, вероятно, были больше озабочены экономикой и эстетикой, чем здоровьем рабочих и местного населения.) Хотя несколько групп людей придумали идеи по очистке дыма, ни одна из них не преуспела.

Одиннадцать лет спустя группа валлийских фермеров из-за пределов Суонси подала в суд на одного из крупных владельцев плавильного завода за причинение вреда обществу, утверждая, что дым от плавильного завода наносит ущерб их фермам. Владелец медеплавильного завода нанял одного из лучших юристов в стране, который боролся с истцами на том основании, что экономическое выживание города зависело от медной промышленности и что неурожаи и заболевание скота были результатом валлийцев. отсталые методы ведения сельского хозяйства и неприятная валлийская погода.Фермеры потеряли костюм.

Проводящая медь

Медь сыграла центральную роль в технологиях, разработанных во время промышленной революции. Одно из наиболее важных применений меди в то время было в электротехнике. Ранние ученые, экспериментирующие с электричеством, выбрали медь в качестве передатчика, потому что она обладает высокой проводимостью (легко может передавать электрический ток). Электротехническая промышленность сегодня является вторым по величине потребителем меди.

Цена индустриализации

Хотя методы производства улучшились со времен римлян и промышленной революции, сегодня производство меди вносит значительный вклад в глобальное загрязнение.

Бьютт, штат Монтана, является домом для заброшенного медного рудника, когда-то принадлежавшего ныне несуществующей компании Anaconda Copper Mining, основанной в Бьютте в 1895 году. До закрытия крупного рудника Бьютта в 1980-х годах на руднике было добыто 20 миллиардов фунтов меди. До 1950-х годов он производил треть меди в стране и был важным поставщиком для страны во время двух мировых войн. Бывшая шахта сейчас является крупнейшим участком Суперфонда в стране. После прекращения горных работ основной карьер заполнился водой, образуя озеро площадью 600 акров.Медь, свинец, кадмий и мышьяк загрязняют огромную яму, которая ежедневно наполняется водой из водоносного горизонта, расположенного ниже, в результате чего токсичное озеро практически невозможно очистить. Сера, минерал, который обычно входит в состав медной руды, реагирует с воздухом и водой, образуя серную кислоту, которая заполняет карьер. Местность покрывают стоки шахт и осадки плавильного завода, когда-то принадлежавшего Анаконде. Рядом с основным карьером находится хвостохранилище площадью 1000 акров.

Яма Беркли, Бьютт Монтана. Авторское право на фотографию 2000 года Энтони Лейзеровица.Используется с разрешения

Во время эксплуатации медный рудник в Бьютте сформировал социальную структуру города. Компания Anaconda Copper Mining сыграла важную роль в политике Монтаны и оказала непосредственное влияние на жизнь горняков и их семей. Жизнь в Бьютте на протяжении большей части 20-го века вращалась вокруг ожиданий увольнений и забастовок, которые произошли по окончании трехлетних контрактов между Anaconda Company и профсоюзом горняков. Условия работы были ужасными. Несчастные случаи на шахтах, «легкое шахтеров», сильное загрязнение окружающей среды, насилие и беспорядки между профсоюзами и компанией — вот некоторые из издержек для жителей Бьютта.Хотя в городе все еще ведется небольшая добыча меди, жители Бьютта остались с ядовитым наследием рудника.

Компания Anaconda также владела огромным медным рудником в Чукикамате, Чили, который работал с 1920-х по 1970-е годы. Чилийские горняки жили в крошечных квартирах, принадлежащих компании, с минимальным количеством сантехники. Жены и семья горняков ежедневно стояли в очередях, чтобы получить доступ к скудным провизиям в фирменном магазине, предназначенном для низшего класса шахтеров.Их статус занятости также диктовал, в какие школы могли ходить их дети. Забастовки также были обычным явлением для шахтеров и их семей. Этнограф и Бьютт, уроженка Монтаны Джанет Финн пишет: «При установлении отношений между рабочими, общинами и правительством в Чукикамате компания обратилась к испытанным и верным методам, применяемым в Бьютте: черным спискам, взяточничеству и случайным грубым силам, смешанным с развлечениями, объединяющими оба порока. и добродетель ».

Рудник Chuquicamata компании Anaconda был закрыт в 1971 году после того, как правительство Чили национализировало медные ресурсы страны.Однако добыча меди по-прежнему является основной отраслью Чили. Исследование Чилийского университета, проведенное в 1999 году, показало, что на добычу, выплавку и рафинирование меди приходится значительная часть производства парниковых газов и других загрязнений воздуха в этой стране, а также наибольшее потребление ископаемого топлива в Чили, а также значительное количество электричества. Это способствует повышению уровня углекислого газа в мире, что способствует глобальному потеплению. Кроме того, в процессе плавки из сульфидных руд, наиболее часто добываемых в Чили медных руд, выделяется большое количество диоксида серы (SO2), предшественника кислотного осаждения.

Местная медная добыча

Историческое фото шахты Элизабет, Страффорд, штат Вирджиния. Источник фотографии: веб-сайт «Наследие рудника Элизабет»

Несколько городов в округе Ориндж в центральном Вермонте были местом расположения небольших медных рудников и плавильных работ в 1800-х годах. Ни на одном из рудников не было столько меди, сколько на крупных рудниках в других частях страны, но местные рудники были источником занятости для корнуоллских и ирландских иммигрантов и помогали поддерживать местную экономику. Эли (ныне Вершир) был классическим горнодобывающим городком времен «подъема и спада», местом расположения одного из самых крупных медных рудников в этом районе и сценой двух «войн Эли» между шахтерами и владельцами рудников, в которых шахтеры восстали, чтобы вернуться. выплатить им задолженность обанкротившейся горнодобывающей компании.

Другой местный медный рудник — рудник Элизабет в Южном Страффорде, штат Вермонт, действовал с 1830 по 1958 год. Сегодня он является частью программы Superfund Агентства по охране окружающей среды.

Источники включают:

  • Green Mountain Copper: История красного металла Вермонта, автор Collamer Abbott, опубликованный Herald Printery, Рэндольф, Вермонт, 1973 г.
  • Красное золото Африки Юджинии У. Герберт, опубликовано Висконсинским университетом, Мэдисон, 1984.
  • Ричард Л. Бургер и Роберт Б. Гордон «Ранняя обработка металлов в Центральных Анд из Мина Пердида» в журнале Science, New Series, Vol. 282, № 5391, стр. 1108-1111, 6 ноября 1998 г.
  • «Шестьдесят веков меди» Б. Вебстера Смита, опубликовано Хатчинсоном из Лондона для Ассоциации разработки меди, 1965.
  • «Кипр живет в любви и раздоре» Роберта Верника в Смитсоновском институте, Vol. 30, Issue 4, July 1999.
  • «Медь, ценимая веками», Джеффри Сковил в книге «Земля», Vol.4, Issue 2, April 1995.
  • «Медь» Дональда Г. Барселю в клинической токсикологии, Vol. 37, No. 2, pages 217–230, 1999.
  • «Древние металлические рудники запятнали глобальное небо» Р. Монастерски в Science News, Vol. 149, Issue 15, 13 апреля 1996 г.
  • «Долгосрочные экологические проблемы производства меди, связанные с энергетикой», С. Альварадо, П. Мальдонадо, А. Барриос, И. Жак в энергетике, Vol. 27, выпуск 2, страницы 183–196, февраль 2002 г.
  • «Как Рим загрязнил мир» Дэвида Киса в журнале Geographic, Vol.75, Issue 12, December 2003.
  • «Великие испытания меди» Рональда Риса в History Today, Vol. 43, Issue 12, December 1993.
  • «Мышьяковая бронза: грязная медь или выбранный сплав? Взгляд из Америки », Хизер Лехтман в Journal of Field Archeology, Vol. 23, No. 4, pages 477-514, Winter, 1996.
  • «Пенни для ваших мыслей: истории женщин, меди и общества» Джанет Л. Финн в Frontiers, Boulder, CO, Vol.19, Issue. 2, стр. 231, 1998.
  • «Пенни из ада» Эдвина Добба в журнале Harper’s Magazine, Vol.293, Issue 1757, October 1996.
  • «Загрязнение атмосферы и британская медная промышленность, 1690-1920» Эдмунда Ньюэлла в журнале «Технология и культура», Vol. 38, No. 3, pages 655-689, July 1997.
  • Суонси, Уэльс Веб-сайт.

Микроскопическое исследование некоторых бронзовых предметов железного века из Западного Ирана | Heritage Science

Состав сплава

Исследование SEM – EDS использовалось для определения состава сплава в бронзовых объектах Баба Цзилань полуколичественным способом.В таблице 1 приведены результаты исследования состава сплава в десяти образцах, выполненные методом SEM – EDS.

Таблица 1 Результаты анализа сплава с помощью SEM – EDS в десяти образцах бронзы из памятника железного века Баба Цзилань (мас.%)

Из таблицы 1 видно, что все десять образцов изготовлены из сплава олово-бронза. Также очевидно, что основными легирующими элементами всех образцов являются Cu и Sn. Процент содержания Cu колеблется от 82,3 до 90,2, а Sn от 3,9 до 14,6. С помощью этих анализов можно заметить, что содержание Sn показывает разные значения.Свинец обнаружен в пробах в незначительных концентрациях, только в одном случае он был определен как основное количество, 6,95 мас.%. Аналогично As, Zn. Fe и S были обнаружены как второстепенные составляющие, несмотря на то, что в образце содержание мышьяка составляло 2,87 мас.%. Присутствие As и Pb в количестве менее двух мас.% Может объяснить то, что он вошел в состав сплава в виде примеси из медных руд [1, 15, 16]. Кроме того, бронзовые предметы железного века из Ирана обычно содержат незначительные или следовые количества свинца и мышьяка, что позволяет предположить, что его присутствие может характеризовать примесь в выплавленных рудах [17, 18].Как правило, очевидно, что восемь образцов изготовлены из бинарного сплава медь-олово, а в двух случаях (BJ-16 и BJ-18) свинцовая бронза и мышьяковистая бронза используются для изготовления металлических предметов.

Разнообразие содержания олова доказывает, что изделия не были изготовлены из сплава определенной пропорции для достижения однородного состава бронзы, такого как добавление определенного количества олова к меди и их плавление, но для производства оловянной бронзы используется неконтролируемый процесс. сплавы, такие как совместная плавка, цементация, переработка или плавка медно-оловянных руд [3, 12, 19, 20].Вариабельность содержания олова является обычным явлением при изучении бронзовых предметов железного века в Иране, особенно в бронзе Луристана. Результаты анализа различных бронзовых изделий из Луристана показывают, что в то время не существовало определенной процедуры контроля состава сплава в изготовленных бронзах [8, 10, 12]. Тем не менее, каждый из процессов мог быть использован для производства бронзы в этих бронзовых артефактах железного века.

С другой стороны, присутствие значительного количества свинца и мышьяка в одном образце означает, что либо эти образцы были специально изготовлены для производства тройных сплавов, либо они не могут быть добавлены в качестве легирующих элементов намеренно, но могут быть введены в сплав во время плавки руды. .Что касается состава ранее проанализированных бронзовых предметов из железного века Ирана (особенно Луристана), то бинарный сплав Cu-Sn был обычным явлением в производстве медных сплавов, а не преднамеренно тройные сплавы Cu-Sn-As или Cu-Sn-Pb. использовались для изготовления металлических предметов [8, 10–12]. Тем не менее, эти тройные бронзы значительны по своему составу.

Микроструктура

Установленные образцы всех объектов исследованы под оптическим и СЭМ микроскопами.На микрофотографиях образцов бронзы на СЭМ – БСЭ и ОМ до травления видна металлическая матрица с многочисленными рассеянными включениями в ней (рис. 2, 3). Многие из этих включений имеют серо-зеленый цвет при наблюдениях ОВ (рис. 3). Они вытянуты по широте поперечного сечения. С другой стороны, на микрофотографиях SEM – BSE в матрице видны очень мелкие глобулярные яркие включения (рис. 2).

Рис. 2

FE-SEM – BSE микрофотография двух образцов из Бабы Цзиланя: a Образец BJ-13, b образец BJ-16, на микроструктуре видны удлиненные включения Cu – S и разбросанные включения свинца .Количество ярких свинцовых глобул значительно в образце BJ-16

.
Рис. 3

Микроструктура некоторых объектов до травления, включая удлиненные включения сульфида меди и межкристаллитную коррозию, распределенную в матрице бронзы. a образец BJ-03, b образец BJ-11, c образец BJ-19

Для определения химического состава некоторые удлиненные и глобулярные включения были проанализированы с помощью микроанализа SEM – EDS (рис.4). Результаты показали, что удлиненные включения серо-зеленого цвета состоят из меди и серы с низким содержанием железа. Олово и цинк обнаруживаются как основные компоненты в одних включениях, в то время как в других они определяются как второстепенные элементы вместе с мышьяком. По результатам EDS очевидно, что темные удлиненные включения представляют собой соединения сульфида меди (табл. 2). Выплавка сульфидных или сульфидных / оксидных руд производилась в древние времена для получения металлической меди [21, 22].Следует отметить, что многие месторождения медных руд, использовавшиеся в древнем Иране, были выветренными сульфидными медными рудами, состоящими из сульфидных и оксидных соединений меди [4]. Из-за выплавки таких руд включения Cu – S часто наблюдаются в бронзовых предметах железного века из Ирана. Фактически, часть сульфида меди не превратилась в металлическую медь во время плавки и будет видна в виде серо-зеленых включений в микроструктуре бронзы. Следует отметить, что эти включения Cu – S наблюдаются во многих изделиях из меди и бронзы от бронзового до железного века западного и северного Ирана [8, 12, 20, 23].Присутствие небольшого количества железа, скорее всего, связано с присутствием железа в плавленой медной руде в форме сульфидов железа или с использованием сульфида железа и меди, такого как халькопирит [22].

Рис. 4

Микрофотография SEM – BSE и анализ SEM – EDS различных включений, рассеянных в бронзовой матрице образцов Баба Цзилань; Анализы A и C — удлиненные темные включения Cu – S, а B — светлая глобула Pb

.
Таблица 2 Результаты анализа SEM – EDS удлиненных темных включений и ярких глобул в образцах бронзы Баба Цзилань (мас.%)

Кроме того, на микрофотографиях SEM – BSE также были видны любые световые включения небольших размеров, рассеянные в бронзовой матрице.Анализ EDS, проведенный на пяти белых глобулах, показал, что они представляют собой богатые свинцом металлические соединения, содержащие около 60–90 мас.% Свинца (таблица 2). Теоретически химический состав этих глобул должен состоять почти на 100% из Pb, но присутствие некоторого количества меди (и олова) в составе этих включений может быть связано с влиянием окружающей бронзовой матрицы при микроанализе EDS. Согласно бинарной системе Cu – Pb [14], свинец не смешивается с медью и проявляется в виде мелких или крупных отдельных богатых свинцом фаз, рассеянных в микроструктуре медных сплавов.Количество и размер этих свинцовых глобул сильно зависят от количества свинца. Например, в образце BJ-16 свинец обнаружил более 6 мас.% (Таблица 1), а количество белых фаз намного больше, чем в других образцах на его микрофотографии SEM – BSE (рис. 2b). Также был взят металлографический образец каждого бронзового объекта и исследован под оптическим микроскопом. Как отмечалось выше, микрофотографии образцов бронзы перед травлением на оптической микроскопии (ОМ) показывают альфа-матрицу твердого раствора с многочисленными рассеянными темно-серо-зелеными включениями в матрице, вытянутыми по широте поперечного сечения (рис.3).

Для выявления микроструктуры зерен и процесса изготовления образцы протравливали в спиртовом растворе FeCl 3 . После травления микроструктура образцов показала типичную зеренную структуру, состоящую из деформированных и рекристаллизованных зерен твердого раствора медь – олово с двойниковыми и деформационными линиями внутри некоторых зерен. Образцы с прямыми двойниковыми линиями также не показывают линий деформации (рис. 5). Этот тип микроструктуры распространен в археологических бронзовых предметах.Фактически, металлографические особенности этих бронз говорят о том, что все предметы изготавливаются и формируются в ходе цикла холодной обработки и термообработки. Это видно по равноосным и рекристаллизованным зернам [14, 24].

Рис. 5

Микроструктура четырех образцов бронзы после травления в спиртовом растворе FeCl 3 , a BJ-01, b BJ-09, c BJ-13 и d BJ-19. Микроструктуры состоят из обработанных и рекристаллизованных зерен бронзы с двойными линиями.Удлиненные сульфидные включения видны нетравленными, а двойные линии обычно прямые.

Холодная обработка медных сплавов приводит к деформационному упрочнению: зерна деформируются и становятся все более плоскими, пока не станут слишком хрупкими для дальнейшей деформации. К этому моменту зерна полностью закалены [14, 25, 26]. Для дальнейшей формовки молотком требуется отжиг металла для восстановления пластичности. Если выполняется дополнительное формование с помощью молотка, может потребоваться повторный отжиг.Таким образом, многие изделия из бронзы изготавливаются за несколько циклов холодной обработки и отжига для достижения окончательной формы. Переменный размер зерна подразумевает (i) различную степень деформации; (ii) Различные условия отжига и / или различное количество термомеханических циклов [14].

Основываясь на результатах, основные процессы металлообработки для производства бронз железного века из Баба Цзиланя производят бинарные сплавы Cu – Sn. Некоторые элементы обнаруживаются как основные элементы в составе сплава, такие как Pb и As, но это могут быть примеси в большом количестве, которые попадают в сплав из использованных руд и не могут рассматриваться как преднамеренные добавки к сплавам Cu – Sn.Микроструктура образцов включает матрицу альфа-твердого раствора с включениями сульфида меди и глобулами свинца. Они выглядят как сегрегированные фазы в твердом растворе из-за их низкой смешиваемости с расплавленной медью. В некоторых образцах включения Cu – S имеют удлиненную форму из-за механических операций, используемых для придания формы этим мелким объектам.

Металлографическое исследование этих бронз показало, что циклы механической обработки и последующей термообработки применялись для придания формы и преобразования исходных слитков бронзы в конечные изделия.Об этом свидетельствует наличие обработанных и перекристаллизованных зерен альфа-твердого раствора в протравленной микроструктуре, а также удлиненных сульфидных включений, разбросанных в матрице.

Кроме того, размер зерна в образцах бронзы разный; это подразумевает различную степень деформации, используемую для придания формы бронзовым объектам в разное время цикла работы-нагрева.

Таким образом, исходя из микроструктуры и состава исследованных бронз, можно предположить, что для этих бронзовых изделий можно предложить следующий простой процесс:

  • При производстве бронзы с неконтролируемым процессом плавки / легирования продукт может представлять собой гранулированную бронзу с большим количеством других элементов, таких как Pb или As.

  • Использование бронзовых гранул для изготовления очень маленьких предметов или плавления нескольких гранул для получения бронзовых слитков.

  • Использование слитков для литья больших листов / кусков бронзы (по желанию) или холодной обработки листов или кусков для придания формы объектам.

  • Отжиг деформированных деталей для восстановления обрабатываемости.

  • Непрерывный термомеханический процесс для достижения окончательной формы объектов.

Первичные исследования технологии изготовления бронзы в культуре Нижнего Сяцзядя на северо-востоке Китая | Heritage Science

При просмотре матричных данных образцов шлака типа А были выявлены очевидные различия в содержании силикатов и оксидов железа, в то время как распределение и морфология бронзовых гранул отличались от каждого образца.Однако, согласно лабораторным работам, проведенным для этого исследования, металлические частицы, содержащие мышьяк и медь, могли быть обнаружены во всех образцах шлака, в то время как олово отсутствовало в большей части шлака типа А, и распределение других микроэлементов, таких как серебро и свинец не продемонстрировал иных закономерностей. Не было преднамеренного контроля доли сплава или различий в процессах, которые можно было бы идентифицировать, поэтому эти различия между матрицами шлака могли быть вызваны временем выгрузки шлака во время аналогичных процедур или различными изотермическими или восстановительными условиями в печи.Части композиции матрицы шлака достигли разумной вязкости и расплавились в сжиженную фазу, в результате чего были получены образцы с обтекаемыми формами, в то время как другие могли быть прикреплены к футеровке печи и образовались в неидеальных термических условиях. Различный состав металлических гранул в образцах шлака свидетельствует о том, что плавильная шихта и условия в печи тщательно не контролировались, и что у продукта был относительно широкий диапазон составов.

Сравнивая данные образцов руды со шлаком, высокое содержание мышьяка в бронзовых гранулах может хорошо соответствовать Fe – Cu – As рудам, обнаруженным на этом участке.Массовое соотношение между мышьяком и медью в руде может достигать 28%. Эти шлаки отражают производственный процесс, в котором олово практически не участвовало. Интересно, что опубликованные данные о бронзовых артефактах LXC с кладбища Дадианзи содержали только оловянную бронзу и чистую медь без следов мышьяка. На основании этих данных [11] традиционно утверждается, что люди LXC не использовали мышьяковую медь в отличие от современных культур северо-западного Китая и евразийской степи [23, 24].Представленное здесь исследование местонахождения Хабакила еще больше обогатило наше понимание металлургической деятельности людей LXC. Учитывая относительно широкое географическое распространение LXC и длительный хронологический период, их металлургическая технология может быть диверсифицирована и со временем меняться. Различный технологический выбор между Дадиани и Хабикила может быть объяснен хронологическим разрывом (около 3500 лет до н.э. для Дадианзи) или различными металлургическими традициями в рамках единого культурного комплекса.

Фрагменты тигля / печи представляют собой процесс плавки металлического олова на основе относительно чистого касситерита. Высокое содержание металлического олова и касситерита указывает на довольно грубую одностадийную процедуру плавки [25] по сравнению с современной двухступенчатой ​​плавкой, при которой сначала образуется сыпучий шлак на силикатной основе, богатый оксидом олова, а затем карботермически восстанавливается. в результате происходит полное восстановление олова. Однако при использовании высококачественного сырья двухэтапный метод может не потребоваться, поскольку выход шлака будет очень низким, как и потери олова во всем процессе плавки [26].Подобная технология плавки могла бы позволить достичь температуры выше 1200 ° C около фурмы с правильно настроенной продувочной трубой [27], соединенной отверстиями на печи, теоретически [21]; но на практике такой контроль температуры и атмосферы требует очень точных операций и богатого опыта [28]. Кроме того, правильная футеровка печи, высококачественный древесный уголь и хорошо обогащенная шихта имеют решающее значение для успеха такой одностадийной операции плавки [26].

Отсутствие Cu и As предполагает, что в этом процессе использовался довольно чистый касситерит для получения чистого металлического олова.Для шлака типа B, прикрепленного к фрагментам тигля / печи, потребуются такие отложения чистого касситерита, как сырье, извлеченное в ходе нашего исследования, или могут быть естественные методы, такие как аллювиальные или элювиальные отложения, или искусственные методы для отделения и очистки парагенетической руды для процесс плавки. Остаточные частицы вольфрамита и структура касситерита обеспечивают связь между полиметаллической рудой и плавкой касситерита, которая послужила первым полевым свидетельством плавки олова в бронзовом веке на севере Китая.Олово может быть добавлено к меди в виде металлического олова или оксида олова. Последний способ также называется цементацией, и оксид олова восстанавливается одновременно после смешивания с расплавленной медью. Хотя в Китае были обнаружены десятки участков плавки меди и литья бронзы в эпоху бронзы [29], ни одно из них не обнаружило четких доказательств того, как олово было добавлено к меди. Важность этой новой находки заключается не только в том, чтобы доказать, что технология плавки олова была освоена людьми LXC, но и в том, чтобы предложить две разные линии производства металла на этом месте.Непосредственно восстановленная мышьяковистая медь может использоваться для отливки предметов на месте, но плавленое олово может быть сплавлено с медью на других площадках для производства оловянной бронзы. Разделение этих двух производственных линий свидетельствует о довольно сложной организации производства в металлургической отрасли. Различные типы сплавов могут играть разные социальные и экономические роли и, следовательно, производиться в разных контекстах. Для дальнейшего развития этого аргумента необходимы дополнительные аналитические данные об артефактах LXC, особенно сделанных из мышьяковистой меди.

Морфологический анализ образцов руды показал, что минералы мышьяка и меди были переплетены вместе, что указывает на то, что разделение этих двух минералов было бы почти невозможным, но касситерит с независимой минеральной структурой можно было разделить механическим дроблением с помощью каменных инструментов или естественная коррозия и отложения. Как было обнаружено в руде, вольфрамит и касситерит были соединены довольно близко, и их удельный вес (около 7) был одинаковым, что приводило к образованию вольфрамита остатков после процедур разделения в шлаке.Аналогичная стратегия плавки была обнаружена на участках железного века в Африке с использованием аналогичных рудных ресурсов с касситеритом и минералами, богатыми мышьяком [30]. В результате, каменный шлифовальный раствор (наковальня) и другие шлифовальные инструменты, такие как молотки, долота и мелющие шары (рис. 4), обнаруженные на участках Ихэвомент и Ксикегоу, могут иметь большое значение для этих работ по добыче и переработке руды.

Движущей силой этой выбранной стратегии может быть спрос на производство оловянной бронзы, но археологических свидетельств существования металлического олова практически не было, поскольку ни один из слитков [31], а также участки горных или плавильных цехов не были обнаружены до сих пор. .В этом регионе не было обнаружено никаких доказательств наличия устойчивого источника чистого олова, основанного на крупномасштабной разработке оловянных рудников в Центральной Азии [32, 33]. Геологические условия и осадки оловянной руды вокруг участка Хабакила также сильно отличались от обнаруженных участков добычи [34]. Таким образом, причиной отделения руды и плавки олова может быть компромиссный выбор из-за отсутствия чистого касситерита. Весь спектр технической материальной культуры, такой как каменные орудия, используемые для добычи и измельчения, а также для очистки и обогащения руды [35], мог бы быть приспособлением для такого типа полиметаллической жилы, которая простиралась даже до внутренних районов современной Монголии. где и в настоящее время можно найти более обильные минеральные жилы [36].Обладая сложными навыками обработки руды, с полиметаллической рудой можно было разработать методы обработки как оловянной, так и мышьяковистой бронзы. Производство ручных инструментов и небольших украшений для помощи в добыче ресурсов и металлургическом процессе было бы высоким приоритетом для народов LXC, особенно если чистое олово или другие металлические изделия послужили основой для их желанности в качестве партнера в обмене на большие расстояния. Весь металлургический процесс, вероятно, был встроен в принятие технических и социальных решений людьми LXC в этом регионе, точно так же, как люди Шан стремились к высокопроизводительному массовому производству и внедрили зрелую систему поставок для производства ритуальной бронзы [37].

Отравление мышьяком сделало богов хромыми? ›Великие моменты в науке доктора Карла (ABC Science)

Доктор Карл ›Великие моменты в науке доктора Карла

Римский бог огня Вулкан был впечатляюще сложен, но прихрамывал. По словам доктора Карла, у него могло быть первое известное промышленное заболевание: отравление мышьяком.

Карл С. Крушельницкий

Кузница Вулкана. (Источник: ZU_09 / iStockphoto)

Вулкан был большим и мускулистым римским богом огня и металлистов.Как и большинство богов (и многих рабочих-металлистов), он был впечатляюще сложен. Но все легенды описывают его хромым ходьбой.

Некоторые промышленные медицинские работники теперь думают, что Вулкан хромал от, возможно, первой известной промышленной болезни — отравления мышьяком.

Человеческий вид (каким мы его знаем) существует на планете около 200 000 лет, но мы формировали и использовали металлы только последние 11 000 лет или около того.

Мы начали с меди, потому что тогда ее можно было найти на земле.Это один из немногих металлов, встречающихся в природе.

Добыча необработанной меди началась около 11 000 лет назад на Ближнем Востоке. И только около 5500 лет назад, в раннем бронзовом веке, плавка стала широко распространенной, и первые металлисты очистили довольно чистую медь.

Но проблема с медью заключалась в том, что она была слишком мягкой — она ​​не удерживала острый край. Это было хорошо для чашки, но бесполезно для меча. Первые мастера-металлисты вскоре обнаружили, что если ударить по меди молотком, она станет немного тверже и дольше удержит лезвие — но из них все равно получались не очень хорошие мечи.

Затем металлисты обнаружили, что если они добавили в медь небольшое количество мышьяка в процессе плавки, они получили «бронзу», которая была намного тверже.

Но они должны были быть очень точными — если они добавляли более двух с половиной процентов мышьяка, бронза становилась более хрупкой.

В пылу битвы вам не хочется, чтобы ваш меч раскололся, как стекло. Эти древние мастера-металлисты смогли удержать уровень мышьяка около двух процентов — 5500 лет назад это было невероятным достижением.

Несмотря на то, что это была эффективная техника, древние мастера по металлу добавляли мышьяк в медь всего около 400 лет — очень короткое время.

Затем внезапно по всему европейскому и ближневосточному миру рабочие-металлисты обменяли мышьяк на олово. Если вы добавите в медь около 6-12 процентов олова, вы получите бронзу, которую легче лить, более устойчивую к коррозии в соленой воде и более прочную.

У древних рабочих-металлистов не было союзов, но у них были свои собственные боги-покровители металлообработки, которые защищали их.

Римляне поклонялись Вулкану, греки — Гефисту, немцы — Виланда, скандинавы — Вуландеру, а финны — Илмаринену. В знак уважения эти древние мастера по металлу выковывали священное изображение своего конкретного бога-покровителя в медь или бронзу и вешали его на стену — и каждый из этих богов изображался хромым, хромающим. Невероятно, что это состояние могло так быстро распространиться среди богов — даже по континентам.

Хромота — известный побочный эффект отравления мышьяком.

Мышьяк — опасный яд. Убийственные действия и хитрые шпионы прославили его — одна доза менее четверти грамма убьет большинство людей. Папа Александр V1, один из ужасных боргов, случайно отравился, съев пищу с добавлением мышьяка, предназначенную для его нежелательных гостей.

Но если мышьяк не убьет вас одной большой дозой, повторение малых доз может вызвать дерматит, хриплый голос, потерю веса и аппетита, раздражительность, рак — и даже огромную хромоту.Да, мышьяк может повредить нервы, особенно периферические.

Помимо ощущения жжения на подошвах ног, вы также можете получить опускание стопы — здесь парализованы некоторые мышцы ног, так что вы не можете поднять переднюю часть стопы. Отсюда хромота. Поэтому, пока древние мастера по металлу выковывали передовую технологию нового поколения — мечи с острыми краями, они вдыхали пары, содержащие токсичный мышьяк.

Кажется, что нашему телу действительно нужно крошечное, крошечное следовое количество мышьяка — и это верно для некоторых животных.Свиньи и куры, выращиваемые на ферме, которым вводят тонизирующий мышьяк, прибавляют в весе примерно три процента.