Arsenik brons

En sittande Buddha från Thailand ( ca 1800) gjord av arsenikbrons

Arsenikbrons är en legering där arsenik , i motsats till eller utöver tenn eller andra ingående metaller , kombineras med koppar för att göra brons . Användningen av arsenik med koppar, antingen som sekundär beståndsdel eller med en annan komponent såsom tenn, resulterar i en starkare slutprodukt och bättre gjutningsbeteende .

Kopparmalm är ofta naturligt förorenad med arsenik; Därför används termen "arsenikbrons" när den används inom arkeologi endast på legeringar med en arsenikhalt högre än 1 viktprocent, för att skilja det från potentiellt oavsiktliga tillsatser av arsenik.

Ursprung i förhistorien

Koppar- och arsenikmalmer
Malmnamn Kemisk formel
Arsenopyrit FeAsS
Enargite Cu 3 AsS 4
Olivenit Cu2 ( As04 ) OH
Tennantite Cu 12 As 4 S 13
Malakit Cu 2 (OH) 2 CO 3
Azurit Cu 3 (OH) 2 (CO 3 ) 2

Även om arsenikbrons förekommer i det arkeologiska arkivet över hela världen, har de tidigaste artefakterna hittills känt, från det 5:e årtusendet f.Kr. , hittats på den iranska platån . Arsenik finns i ett antal kopparhaltiga malmer (se tabell till höger, anpassad från Lechtman & Klein, 1999 ), och därför skulle viss kontaminering av kopparn med arsenik vara oundviklig. Det är dock fortfarande inte helt klart i vilken utsträckning arsenik medvetet tillsattes koppar och i vilken utsträckning dess användning uppstod helt enkelt från dess närvaro i kopparmalmer som sedan behandlades genom smältning för att producera metallen .

Att rekonstruera en möjlig händelseförlopp i förhistorien innebär att man överväger strukturen hos kopparmalmsfyndigheter, som mestadels är sulfider. Ytmineralerna skulle innehålla en del inhemsk koppar och oxiderade mineraler, men mycket av kopparn och andra mineraler skulle ha tvättats längre in i malmkroppen och bildat en sekundär anrikningszon. Detta inkluderar många mineraler som tennantit , med arsenik, koppar och järn . Ytavlagringarna skulle alltså ha använts först; med en del arbete skulle djupare sulfidiska malmer ha avtäckts och bearbetats, och man skulle ha upptäckt att materialet från denna nivå hade bättre egenskaper.

Med hjälp av dessa olika malmer finns det fyra möjliga metoder som kan ha använts för att tillverka arsenikbronslegeringar. Dessa är:

  • Direkt tillsats av arsenikhaltiga metaller eller malmer som realgar till smält koppar.
Denna metod, även om den är möjlig, saknar bevis.
Detta är fullt genomförbart.
  • Reduktionen av rostade kopparsulfarsenider som tennantit och enargit .
Denna metod skulle resultera i produktion av giftiga ångor av arsenoxid och förlust av mycket av den arsenik som finns i malmerna.
Denna metod har visat sig fungera bra, med lite i vägen av farliga ångor som avges under den, på grund av reaktionerna tillsammans mellan de olika mineralerna.

Dessutom föreslås större sofistikering av metallarbetare av Thornton et al. De föreslår att järnarsenid medvetet producerades som en del av kopparsmältningsprocessen, för att handlas och användas för att göra arsenikbrons på annat håll genom tillsats till smält koppar.

Artefakter gjorda av arsenikbrons täcker hela spektrat av metallföremål, från yxor till ornament. Tillverkningsmetoden gick ut på att värma metallen i deglar och gjuta den i formar gjorda av sten eller lera. Efter stelnandet skulle den poleras eller, när det gäller yxor och andra verktyg, arbetshärdas genom att man slog arbetseggen med en hammare, tunnade ut metallen och ökade dess hållfasthet. Färdiga föremål kan också graveras eller dekoreras efter behov.

Fördelar med arsenikbrons

Medan arsenik med största sannolikhet ursprungligen blandades med koppar till följd av att malmerna redan innehöll den, fortsatte dess användning förmodligen av ett antal anledningar. För det första fungerar det som en deoxidator, som reagerar med syre i den heta metallen för att bilda arsenoxider som förångas från den flytande metallen. Om mycket syre löses i flytande koppar, när metallen svalnar, separeras kopparoxiden vid korngränserna och minskar avsevärt duktiliteten hos det resulterande föremålet. Dess användning kan dock leda till en större risk för porösa gjutgods, på grund av lösningen av väte i den smälta metallen och dess efterföljande förlust som en bubbla (även om eventuella bubblor kan smidsvetsas och fortfarande lämna metallmassan redo att vara arbetshård).

För det andra är legeringen kapabel till större arbetshärdning än vad som är fallet med ren koppar, så att den presterar bättre när den används för skärning eller hackning. En ökning av arbetshärdningsförmågan uppstår med en ökande andel arsenik, och bronset kan härdas över ett brett temperaturområde utan rädsla för sprödhet. Dess förbättrade egenskaper jämfört med ren koppar kan ses med så lite som 0,5 till 2 viktprocent As, vilket ger en 10 till 30 % förbättring av hårdhet och draghållfasthet.

För det tredje, i korrekta procentsatser, kan det bidra med en silverglans till artikeln som tillverkas. Det finns bevis på arseniska bronsdolkar från Kaukasus och andra artefakter från olika platser som har ett arsenikrikt ytskikt som mycket väl kan ha tillverkats medvetet av forntida hantverkare, och mexikanska klockor var gjorda av koppar med tillräckligt med arsenik för att färga dem silver.

Arsenisk brons, platser och civilisationer

Reproduktioner av bronsåldersknivar gjorda av högarsenikbrons (vänster) och tennbrons (mitten och höger). Beroende på innehållet av arsenik är legeringen blekröd till silveraktig färg.

Arsenikbrons användes av många samhällen och kulturer över hela världen. För det första har den iranska platån , följt av det angränsande mesopotamiska området, som tillsammans täcker det moderna Iran, Irak och Syrien, den tidigaste arseniska bronsmetallurgin i världen, som tidigare nämnts. Det var i bruk från det 4:e årtusendet f.Kr. till mitten av det andra årtusendet f.Kr. , en period på nästan 2 000 år. Det fanns en stor variation i arsenikhalten i artefakter under denna period, vilket gjorde det omöjligt att säga exakt hur mycket som tillsattes medvetet och hur mycket som kom till av en slump. Samhällen som använder arsenikbrons inkluderar akkaderna , de i Ur och amoriterna , alla baserade runt floderna Tigris och Eufrat och centra för handelsnätverk som spred arsenikbrons över Mellanöstern under bronsåldern.

Nahal Mishmar-skatten från den kalkolitiska perioden i Judeens öken väster om Döda havet innehåller ett antal arsenikbrons (4–12 % arsenik) och kanske arsenikkopparartefakter gjorda med hjälp av förlorad vaxprocess , den tidigaste kända användningen av denna komplexa teknik . "Kol-14-datering av vassmattan som föremålen var inlindade i tyder på att den dateras till åtminstone 3500 f.Kr. Det var under denna period som användningen av koppar blev utbredd i hela Levanten, vilket vittnar om betydande tekniska utvecklingar som parallellt med stora sociala framsteg i regionen."

Sulfidavlagringar är ofta en blandning av olika metallsulfider, såsom koppar, zink, silver, arsenik, kvicksilver, järn och andra metaller. ( Sphalerit (ZnS med mer eller mindre järn) är till exempel inte ovanligt i kopparsulfidavlagringar, och metallen som smälts skulle vara mässing, som är både hårdare och mer hållbar än koppar.) Metallerna skulle teoretiskt sett kunna separeras ut, men de resulterande legeringarna var vanligtvis mycket starkare än metallerna individuellt.

Användningen av arsenikbrons spred sig längs handelsvägar in i nordvästra Kina, till Gansu - Qinghai -regionen, med kulturerna Siba , Qijia och Tianshanbeilu. Det är dock fortfarande oklart om artefakter av arsenikbrons importerades eller tillverkades lokalt, även om det senare misstänks vara mer troligt på grund av eventuell lokal exploatering av mineraltillgångar. Å andra sidan visar artefakterna typologiska kopplingar till den eurasiska stäppen.

Den eneolitiska perioden i norra Italien , med Remedello- och Rinaldone-kulturerna 2800 till 2200 f.Kr., använde arsenikbrons. Det verkar faktiskt som att arsenikbrons var den vanligaste legeringen som användes i Medelhavsområdet vid denna tid.

I Sydamerika var arsenikbrons den dominerande legeringen i Ecuador och norra och centrala Peru, på grund av den rika arsenikhaltiga malm som finns där. Däremot var södra och centrala Anderna, södra Peru, Bolivia och delar av Argentina rika på tennmalmen cassiterit och använde därför inte arsenikbrons.

Den sikaniska kulturen i nordvästra kustnära Peru är känd för sin användning av arsenikbrons under perioden 900 till 1350 e.Kr. Arsenikbrons existerade tillsammans med tennbrons i Anderna, troligen på grund av dess större formbarhet vilket innebar att den lätt kunde hamras till tunna plåtar som uppskattades i det lokala samhället.

Arsenikbrons efter bronsåldern

Det arkeologiska dokumentet i Egypten , Peru och Kaukasus tyder på att arsenikbrons tillverkades under en tid tillsammans med tennbrons. På Tepe Yahya fortsatte dess användning under järnåldern för tillverkning av prydnadsföremål och dekorativa föremål, vilket visade att det inte fanns en enkel följd av legeringar över tiden, med överlägsna nya legeringar som ersatte äldre. Det finns få verkliga fördelar metallurgiskt för tennbrons överlägsenhet, och tidiga författare föreslog att arsenikbrons fasades ut på grund av dess hälsoeffekter. Det är mer troligt att den fasades ut i allmänt bruk eftersom legering med tenn gav gjutgods som hade liknande hållfasthet som arsenikbrons men som inte krävde ytterligare arbetshärdning för att uppnå användbar hållfasthet. Det är också troligt att mer säkra resultat skulle kunna uppnås med användning av tenn, eftersom det kunde tillsättas direkt till kopparn i specifika mängder, medan den exakta mängden arsenik som tillsattes var mycket svårare att mäta på grund av tillverkningsprocessen.

Hälsoeffekter av användning av arsenikbrons

Arsenik är ett grundämne med en förångningspunkt på 615 °C, så att arsenikoxid kommer att gå förlorad från smältan före eller under gjutning, och rök från eldsättning för gruvdrift och malmbearbetning har länge varit kända för att angripa nervsystemet, ögonen, lungor och hud.

Kronisk arsenikförgiftning leder till perifer neuropati , vilket kan orsaka svaghet i ben och fötter. Det har spekulerats [ enligt vem? ] att detta låg bakom legenden om lama smeder i många kulturer och myter, såsom den grekiska guden Hefaistos . [ citat behövs ]

En välbevarad mumie av en man som levde omkring 3 200 f.Kr. hittades i Ötztal-alperna , i folkmun känd som Ötzi , visade höga halter av både kopparpartiklar och arsenik i håret. Detta, tillsammans med Ötzis kopparyxblad, som är 99,7 % ren koppar, har fått forskare att spekulera i att han var inblandad i kopparsmältning .

Modern användning av arsenikbrons

Arsenikbrons har inte använts i modern tid. Det verkar som att den närmaste motsvarigheten går under namnet arsenikkoppar , definierat som koppar med under 0,5 viktprocent As, under den accepterade procentandelen i arkeologiska artefakter. Närvaron av 0,5 viktprocent arsenik i koppar sänker den elektriska ledningsförmågan till 34 % av den för ren koppar, och till och med så lite som 0,05 viktprocent minskar den med 15 %.

Se även

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Arsenical_bronze&oldid=1123137413 "