Експерименти на легура на бакар; ttung - UFG Фрајбург
Експерименти за топење на бакар
на Рока Сан Силвестро
| Сл. 1: Рока Сан Силвестро |
Како дел од семинарот „Archaeologia delle attività estrattive e metallurgiche“, кој беше организиран од Универзитетот во Сиена во септември 1991 година во Тоскана, Рока Сан Силвестро [Сл. 1] извршени се некои експерименти за производство на бакар од сулфидна руда. Овие експерименти треба да помогнат за подобро разбирање на можните процеси на праисториско производство на бакар. Производите од експериментите (згура, камен од бакар и бакар) ќе бидат анализирани и споредувани со соодветните мошти што беа пронајдени на праисториските места за топење бакар.
| Сл. 2: Бакарна руда |
Бакарна руда користена за експериментите потекнува од рударската област во која се наоѓа Рока Сан Силвестро. Оваа руда е збогатен бакарен пирит (CuFeS2), кој е смачкан на парчиња со дијаметар од приближно 1 - 5 см за понатамошна употреба [Сл. 2] За да се стопи оваа сулфидна руда, содржината на сулфур мора прво да се отстрани со оксидирачки оган за време на процесот на печење. [1] Дел од сулфурот реагира со кислородот во воздухот и излегува како сулфур диоксид. Овој процес се спроведуваше во таканаречениот кревет за печење.
Креветот за печење има големина од 225 x 95 см, се состои од црвена глина (»terra rossa«) со вдлабнатина во центарот и граница на локален варовник [Сл. 3] Моделот за оваа форма е кревет за печење од бронзеното доба, кој беше ископан во австриската рударска област на Митерберг. [2] Бидејќи креветот за печење е обложен со глина, можно е да се извлече скоро целата печена руда по процесот на печење.
| Сл. 3: Кревет за печење. Остави фотографија од процесот на печење, десно од шематскиот цртеж: (1) terra rossa; (2) варовник |
За експериментите, реконструирана е топилна печка со две комори за согорување врз основа на моделот на две печки ископани на Рока Сан Силвестро. Оваа печка има големина од 200 x 100 x 100 cm. Wallsидовите на печката се направени од големи блокови од варовник и порфир обложени со црвена глина. Надворешните wallsидови се дебели околу 25 см, додека wallидот помеѓу двете комори за согорување е дебел околу 55 см [Сл. 4].
| Сл. 4: Конструкција на печката (1) терасароса; (2) варовник; (3) отвор на млазницата; (4) дупка од чешма; (5) јама од згура; (6) комори за согорување. |
Бидејќи ниту една од двете печки ископани на Рока Сан Силвестро не била целосно зачувана, постојат две можности како тие да бидат конструирани: Или тие биле конструирани како печки за топење на бронзеното време од Митерберг во Австрија. Како што покажа Моеста [3], овој вид печка имаше отворен фронт. Или имало печки за топење со затворена комора за согорување и преден wallид, славина и отвор на млазницата, како што биле во употреба во 16 век од нашата ера. [4] Друга можна варијанта би била комбинација од споменатите две можности. Индикација за тоа е фактот дека за време на ископувањето во Рока Сан Силвестро се пронајдени различни видови на згура пред двете печки. [5]
За експериментите, печката е изградена со отворена комора за согорување од десната страна и затворена комора за согорување со отвор на млазницата и дупка на чешмата од левата страна. Коморите за согорување имаат волумен од 142,5 l (47,5 x 60 x 50 cm: десна комора без преден wallид) или 95 l (47,5 x 40 x 50 cm: лева, затворена комора). Бидејќи десната комора за согорување нема преден wallид, таа не може да собере толку материјал како левата.
1. Експерименти врз температурниот биланс на wallидот на печката
Извршени се првите два експерименти за да се открие температурата до која требало да се загреваат wallsидовите на печката за да не се изгуби енергија за време на процесот на топење за израмнување на температурата на жар, wallsидови и надворешен воздух. За таа цел, температурата на идот беше регистрирана и евидентирана со електронски уред за мерење додека се загреваше печката.
Дијаграмот на температура покажува дека температурата на wallидот на печката се зголемува континуирано до одредена точка [Сл. 5], само за да се крене умерено. Во овој момент, wallидот на печката се загрева до тој степен што енергијата на жарот во комората за согорување тече само во помала мера во theидовите и со тоа се губи помалку топлина при топењето. Кога ќе се достигне оваа точка (во нашите експерименти помеѓу 350 ° C и 400 ° C), треба да преовладуваат оптимални температурни услови за процесот на топење.
Сл. 5: Криви на профилот на температурата
2. Експерименти врз процесот на печење
Во креветот за печење се сумира суво огревно дрво на таков начин што рудата се ставаше на дрвото на висина од околу 10 см над земјата. Ова спречи рудата да се собере во вдлабнатина на средината на коритото за печење пред да реагира со кислородот.
За да може да се растопи сулфидната руда, содржината на сулфур прво мора да се отстрани од неа во два чекори: Прво, мелената руда се пече со цел да се подготви за првиот чекор во процесот на топење. Производот на овој процес, copperstone, сè уште содржи сулфур. Затоа, бакарниот камен треба да се пече по втор пат за да се отстрани голем дел од преостанатиот сулфур.
Првиот чекор - печење на рудата - беше направен двапати: Во првиот експеримент, 6 кг руда беа печени 2 часа и 47 минути. Реакцијата на сулфурот со кислородот во воздухот се чувствува со силен мирис. Откако гореше огревно дрво, 3,3 кг руда може да се извлече од коритото за печење. Оваа загуба на материјал може да се објасни со малата големина на парчињата руда, кои беа премали за да се најдат во пепелта. Намалената содржина на сулфур може да придонесе за губење на тежината.
Во вториот експеримент, рудата се печеше околу еден час. По гаснењето на пожарот со вода, целата руда можеше да се подигне. И во двата експерименти сулфурот не беше целосно отстранет. Ова може да се утврди со силниот мирис на сулфур кога печената руда се истури во топилницата.
Во третиот експеримент за печење, сулфурот треба целосно да се отстрани од мат бакарот произведен во експериментите за топење. Ова (2900 g) беше наздравено за еден час и 28 минути. Откако изгоре пожарот, можеше да се подигнат 2550 грама печен бакарен камен. За време на печењето, повторно се забележува чист мирис на сулфур.
3. Експерименти за топење на бакар
Експериментите за топење беа извршени исклучиво во левата комора за согорување на печката, бидејќи беше невозможно авторот да изврши повеќе од еден експеримент во исто време.
Извршени се три експерименти во овој дел од процесот на производство на бакар (види Табели 1-3). Мерењата на температурата беа направени со оптички мерен уред (пирометар). Бидејќи авторот требаше да извршува голем број работи истовремено, овие мерења не можеа да се прават континуирано. Во отсуство на мев, наместо тоа се користеше правосмукалка.
Експериментите за печење беа успешни: доволна количина на сулфур реагираше со кислородот во воздухот и формираше сулфур диоксид. За време на овој процес, бојата на рудата се претвори од зеленикаво во затемнето темно црвено. Сепак, сè уште не е јасно колку време треба да се пече рудата за да се добие оптимален почетен производ за топење. Понатамошни експерименти би било пожелно да се добијат информации за оптималното времетраење на процесот на печење со употреба на различни видови огревно дрво.
Експерименти со топење:
Ниту еден бакарен камен не можеше да се произведе во првите два обида. Формацијата на згура не се одвивала целосно. Некои парчиња руда кои едвај реагираа беа пронајдени во задниот дел на комората за согорување. Ова не е резултат на користење премногу мал или премногу флукс (кварц и лимонит), туку неповолна положба на најжешката точка во близина на отворот на млазницата. Многу високите температури во овој момент доведоа до тоа, дупката на млазницата да биде блокирана од згура. Како резултат, задните области на комората за согорување не беа доволно загреани, поради што таму немаше реакција или формирање згура.
Во овие експерименти, природниот нацрт се користеше за снабдување со воздух кога ветерот беше доволно силен за да ја одржи температурата на процесот. Ако температурата падне под потребната вредност (1300 ° C за формирање на фајалитичка згура), се користеше правосмукалката.
Третиот експеримент беше поуспешен. Печката беше малку изменета за овој експеримент: дното на комората за согорување беше малку подигнато во задната област, што резултираше со наклон од приближно 15 ° во насока на дупката за прислушување. Ова го олесни тонењето на серијата до дното и излегувањето на згура од дупката на чешмата.
| Сл. 6: Згура за проток |
Бакарниот камен може да се произведува во доволни количини. Покрај тоа, беше формирана течна згура која содржеше метален бакар во форма на мали подмножества. При испитување на оваа згура, пронајдени се и некои поголеми подмножества на метално железо. Произведениот бакар камен бил користен (откако бил печен) во експериментот за последниот чекор во процесот на производство на бакар. Бакарниот камен треба да се сведе на метален бакар (види табела 4).
Резултатот од овој последен експеримент, сепак, не беа трошките со употребливо ниво на метални подмножества на бакар, како што се очекуваше, туку голема количина стаклена згура. Оваа згура содржи бакар, но не во метална форма. Причините за ова се претерано високи температури како резултат на употреба на правосмукалка и прекратко време на процесирање бидејќи згурата се формирала пребрзо.
Сумирајќи, може да се наведе дека во принцип е можно да се произведува бакар на овој начин и дека овој процес може да бил извршен на сличен начин во праисторијата (освен употребата на правосмукалката).
Во идните експерименти, треба да се обрне внимание на употребата на автентични мех и нивната континуирана употреба за многу подолг временски период. Друга суштинска точка е неопходното континуирано мерење на температурите на wallидот на печката и во комората за согорување.