Мышьяковая бронза - Arsenical bronze

Сидящий Будда из Таиланд (c.1800) из мышьяковистой бронзы

Мышьяковая бронза является сплав в котором мышьяк, в отличие от или в дополнение к банка или другой составляющий металлы, добавляется к медь сделать бронза. Использование мышьяка с медью в качестве вторичного компонента или с другим компонентом, таким как олово, приводит к получению более прочного конечного продукта и лучшего качества. Кастинг поведение.[1]

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

Истоки в доисторической эпохе

Медные и мышьяковые руды
Название рудыХимическая формула
АрсенопиритFeAsS
ЭнаргитеCu3Жопа4
ОливенитCu2(AsO4)ОЙ
ТеннантитCu12В качестве4S13
МалахитCu2(ОЙ)2CO3
АзуритCu3(ОЙ)2(CO3)2

Хотя мышьяковистая бронза встречается в археологические находки во всем мире самые ранние артефакты до сих пор известно, начиная с 5 тысячелетие до нашей эры., были найдены на Иранское плато.[3] Мышьяк присутствует в ряде медь -содержащий руды (см. таблицу справа, адаптированную из Лехтман и Кляйн, 1999 г. ),[4] и поэтому некоторое загрязнение меди мышьяком было бы неизбежно. Однако до сих пор не совсем ясно, в какой степени мышьяк был намеренно добавлен в медь.[5] и в какой степени его использование было связано просто с его присутствием в медных рудах, которые затем обрабатывались плавка производить металл.

Реконструкция возможной последовательности событий в доисторические времена включает рассмотрение структуры месторождений медной руды, которые в основном представляют собой сульфиды.[6] Поверхностные минералы будут содержать некоторые самородная медь и окисленные минералы, но большая часть меди и других минералов вымылась бы дальше в рудное тело, образуя зону вторичного обогащения. Сюда входят многие минералы, такие как теннантит, с их мышьяком, медью и утюг. 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.[3] Это:

  • Прямое добавление содержащих мышьяк металлов или руд, таких как Realgar расплавить 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 оксид мышьяка и потеря значительной части мышьяка, присутствующего в рудах.[7]
Было продемонстрировано, что этот метод работает хорошо, так как при его использовании выделяется мало опасных паров из-за совместных реакций между различными минералами.[4]

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

Артефакты из мышьяковистой бронзы покрывают весь спектр металлических предметов, от топоров до украшений. Метод изготовления заключался в нагревании металла в тиглях и заливке его в формы из камня или глины. После затвердевания он будет полироваться или, в случае топоров и других инструментов, закаленный ударив молотком по рабочей кромке, утончив металл и увеличив его прочность.[6] 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 кислород в чугуне с образованием оксидов мышьяка, которые испаряются из жидкого металла. Если в жидкой меди растворено большое количество кислорода, то при охлаждении металла оксид меди отделяется на границах зерен и значительно снижает пластичность получившегося объекта. Однако его использование может привести к большему риску образования пористых отливок из-за растворения водород в расплавленном металле и его последующая потеря в виде пузырьков (хотя любые пузырьки могут быть сварены кузнечной сваркой и по-прежнему оставляют массу металла готовой к механическому упрочнению).[1]

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

В-третьих, при правильном процентном соотношении он может придать изделию серебристый блеск. Есть свидетельства наличия мышьяковистых бронзовых кинжалов из Кавказ и другие артефакты из разных мест, имеющие богатый мышьяком поверхностный слой, который вполне мог быть сознательно изготовлен древними мастерами,[9] а мексиканские колокола были сделаны из меди с достаточным количеством мышьяка, чтобы окрасить их в серебро.[7]

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, где, как упоминалось ранее, самая ранняя в мире металлургия мышьяковистой бронзы. Он использовался с 4 тысячелетие до нашей эры до середины 2 тысячелетие до нашей эры, период около 2000 лет. В течение этого периода было много различий в содержании мышьяка в артефактах, что не позволяло точно сказать, сколько было добавлено намеренно, а сколько возникло случайно.[5] Общества, использующие мышьяковую бронзу, включают Аккадцы, те из Ура, а Амориты, все основано на Тигр и Евфрат реки и центры торговых сетей, которые распространяли мышьяковую бронзу по Ближнему Востоку в эпоху бронзы.[5]

В Энеолит -периодный клад из Нахаль Мишмар в Иудейская пустыня к западу от Мертвое море содержит некоторое количество мышьяковистой бронзы (4–12% мышьяка) и, возможно, мышьяковая медь артефакты, сделанные с использованием процесс выплавляемого воска, самое раннее известное использование этой сложной техники. «Углерод-14 датирование тростниковой циновки, в которую были завернуты предметы, предполагает, что она датируется по крайней мере 3500 г. до н. в регионе."[10]

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

Использование мышьяковистой бронзы распространилось по торговым маршрутам в Северо-Западный Китай и в этот регион. Ганьсу – Цинхай, с Сиба, Qijia и Тяньшаньбэйлу культуры. Однако до сих пор неясно, были ли артефакты из мышьяковистой бронзы импортированы или произведены на месте, хотя последнее, как предполагается, более вероятно из-за возможной местной эксплуатации минеральных ресурсов. С другой стороны, артефакты демонстрируют типологическую связь с евразийской степью.[11]

Период энеолита в Северная Италия В культурах Ремеделло и Ринальдоне в период с 2800 по 2200 год до н.э. использовалась мышьяковая бронза. Действительно, похоже, что в то время наиболее распространенным сплавом, использовавшимся в Средиземноморском бассейне, была мышьяковая бронза.[12]

В Южная Америка Мышьяковая бронза была преобладающим сплавом в Эквадоре, а также на севере и в центре Перу из-за присутствия там богатых мышьяковистых руд. Напротив, южные и центральные Анды, юг Перу, Боливия и некоторые районы Аргентины были богаты оловянной рудой. Касситерит и поэтому не использовали мышьяковую бронзу.[7]

В Сиканская культура северо-западного побережья Перу славится использованием мышьяковой бронзы в период с 900 по 1350 год нашей эры.[13] Мышьяковая бронза сосуществовала с оловянной бронзой в Андах, вероятно, из-за ее большей пластичности, что означало, что ее можно было легко расколоть на тонкие листы, которые ценились в местном обществе.[7]

Мышьяковая бронза после бронзового века

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

Воздействие на здоровье использования мышьяковой бронзы

Мышьяк - это элемент с испарение точка 615 ° C, так что оксид мышьяка будет утерян из расплава до или во время литья, и давно известно, что дым от огня при добыче и переработке руды поражает глаза, легкие и кожу.[14]

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

Хорошо сохранившийся Мама человека, жившего около 3200 г. до н.э.[15] найдено в Эцтальские Альпы, широко известный как Эци, показал высокий уровень как частиц меди, так и мышьяк в его волосах. Это, наряду с лезвием медного топора Отци, которое на 99,7% состоит из меди, заставило ученых предположить, что он участвовал в добыче меди. плавка.[16]

Современное использование мышьяковой бронзы

Мышьяковая бронза в наше время не нашла применения. Похоже, что ближайший аналог носит имя 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%, чем у чистой меди, и даже всего 0,05 мас.% Снижает ее на 15%.[7]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d Чарльз, Дж. А. (январь 1967 г.). "Ранние мышьяковистые бронзы - металлургический взгляд". Американский журнал археологии. 71 (1): 21–26. Дои:10.2307/501586. JSTOR  501586.
  2. ^ П. Бадд и Б. С. Оттовэй. 1995. Энеолит Мышьяковая медь - шанс или выбор? В: Борислав Йованович (Ред) Древняя горная промышленность и металлургия в Юго-Восточной Европе, Международный симпозиум, Археологический институт, Белград и Музей горного дела и металлургии, Бор, стр. 95.
  3. ^ а б c Thornton, C.P .; Lamberg-Karlovsky, C.C .; Лизерс, М .; Янг, С.М. (2002). «На булавках и иглах: отслеживание эволюции легирования на основе меди в Тепе Яхья, Иран, с помощью анализа обычных предметов с помощью ИСП-МС». Журнал археологической науки. 29 Если растворено много кислорода (29): 1451–1460. Дои:10.1006 / jasc.2002.0809.
  4. ^ а б Lechtman, H .; Кляйн, С. (1999). «Производство медно-мышьяковых сплавов (мышьяковистой бронзы) методом переплавки: современный эксперимент, древняя практика». Журнал археологической науки. 26 (5): 497–526. Дои:10.1006 / jasc.1998.0324. S2CID  128547259.
  5. ^ а б c De Ryck, I .; Adriens, A .; Адамс, Ф. (2005). «Обзор месопотамской металлургии бронзы в 3-м тысячелетии до нашей эры» (PDF). Журнал культурного наследия. 6 (3): 261–268. Дои:10.1016 / j.culher.2005.04.002. HDL:1854 / LU-329902.[постоянная мертвая ссылка ]
  6. ^ а б c Тайлекот, Р.Ф. (1992). История металлургии (2-е изд.). Лондон: издательство Maney. ISBN  0-901462-88-8.
  7. ^ а б c d е ж грамм Лехтман, Хизер (зима 1996 г.). «Мышьяковая бронза: грязная медь или выбранный сплав? Взгляд из Америки». Журнал полевой археологии. 23 (4): 477–514. Дои:10.2307/530550. JSTOR  530550.
  8. ^ Thornton, C.P .; Rehren, T .; Пиггот, В. (2009). «Производство шпейса (арсенида железа) в эпоху ранней бронзы в Иране». Журнал археологической науки. 36 (2): 308–316. Дои:10.1016 / j.jas.2008.09.017.
  9. ^ Рындина, Н (2009). «Возможности металлографии в исследовании ранних объектов из меди и медных сплавов». Журнал исторического металлургического общества. 43: 1–18.
  10. ^ Сокровище Нахаль Мишмар в Метрополитен-музей
  11. ^ Цзяньцзюнь Мэй, страница 9 в журнале «Металлургия и цивилизация, Евразия и за ее пределами», изд: Цзяньцзюнь Мэй и Тило Ререн. Труды 6-й международной конференции по истокам использования шротов и сплавов (BUMA VI), 2009, публикации Archetype, Лондон.
  12. ^ Итон, Э. Р. 1980. Ранняя металлургия в Италии. В: ред. W.A. Oddy, Аспекты ранней металлургии, случайная газета 17, Публикации Британского музея, Лондон.
  13. ^ Hörz, G .; Каллфасс, М. (декабрь 1998 г.). «Металлообработка в Перу, декоративные предметы из Королевских гробниц Сипана». Журнал материалов. 50 (12): 8. Дои:10.1007 / s11837-998-0298-2. S2CID  136482156.
  14. ^ Харпер, М. (1987). «Возможное воздействие токсичных металлов на доисторических бронзовых рабочих». Британский журнал промышленной медицины. 44 (10): 652–656. Дои:10.1136 / oem.44.10.652. ЧВК  1007896. PMID  3314977.
  15. ^ Определение возраста образцов тканей, костей и травы от Ötztal Ice Man (PDF; 476 kB)
  16. ^ <Добавьте первых отсутствующих авторов для заполнения метаданных.> (16 сентября 2002 г.), Последняя трапеза Айсмена, Новости BBC

внешняя ссылка