Arseniskt brons - Arsenical bronze

En sittande Buddha från Thailand ( ca 1800) gjord av arseniskt brons

Arseniskt brons är en legering där arsenik , i motsats till eller förutom tenn eller andra ingående metaller , tillsätts till koppar för att göra brons . Användning av arsenik med koppar, antingen som den sekundära beståndsdelen eller med en annan komponent som tenn, resulterar i en starkare slutprodukt och bättre gjutbeteende .

Kopparmalm är ofta naturligt förorenat med arsenik; följaktligen tillämpas termen "arseniskt brons" i arkeologi vanligtvis endast på legeringar med ett arseninnehåll högre än 1 viktprocent, för att skilja det från potentiellt oavsiktliga tillsatser av arsenik.

Ursprung i förhistorien

Koppar och arsenmalm
Malmnamn Kemisk formel
Arsenopyrit FeAsS
Enargit Cu 3 AsS 4
Olivenit Cu 2 (AsO 4 ) OH
Tennantit Cu 12 As 4 S 13
Malakit Cu 2 (OH) 2 CO 3
Azurit Cu 3 (OH) 2 (CO 3 ) 2

Även om arseniskt brons förekommer i det arkeologiska rekordet över hela världen, har de tidigaste artefakter som hittills är kända, från femte årtusendet före Kristus , hittats på den iranska platån . Arsenik är närvarande i ett antal koppar -innehållande malmer (se tabellen till höger, anpassad från Lechtman & Klein, 1999 ), och därför en viss kontaminering av koppar med arsenik skulle vara oundviklig. Det är emellertid fortfarande inte helt klart i vilken utsträckning arsenik medvetet tillsattes koppar och i vilken utsträckning användningen uppstod helt enkelt från dess närvaro i kopparmalmer som sedan behandlades genom smältning för att producera metallen.

Att rekonstruera en möjlig sekvens av händelser i förhistorien innebär att man överväger strukturen hos kopparmalmfyndigheter, som mestadels är sulfider. Ytmineralerna skulle innehålla några inhemska koppar och oxiderade mineraler, men mycket av koppar och andra mineraler skulle ha tvättats vidare in i malmkroppen och bildat en sekundär anrikningszon. Detta inkluderar många mineraler som tennantit , med deras arsenik, koppar och järn . Således skulle ytavsättningarna ha använts först; med lite arbete skulle djupare sulfidmalmer ha upptäckts och arbetat, och det skulle ha upptäckts 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 producera arseniska bronslegeringar. Dessa är:

  • Den direkta tillsatsen av arsenikbärande metaller eller malmer som realgar till smält koppar.
Denna metod saknar bevis, även om det är möjligt.
Detta är helt praktiskt genomförbart.
  • Minskning av rostade kopparsulfarsenider som tennantit och enargit .
Denna metod skulle resultera i produktion av giftiga ångor från arsenoxid och förlust av mycket av det arsenik som finns i malmen.
Denna metod har visat sig fungera bra, med lite i vägen för 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 tillverka arseniskt brons någon annanstans genom tillsats av smält koppar.

Artefakter gjorda av arseniskt brons täcker hela spektret av metallföremål, från yxor till prydnadsföremål. Tillverkningsmetoden innebar uppvärmning av metallen i deglar och gjutning i formar av sten eller lera. Efter stelning skulle den poleras eller, när det gäller axlar och andra verktyg, härdas genom att slå arbetskanten med en hammare, gallra ut metallen och öka dess styrka. Färdiga föremål kan också graveras eller dekoreras efter behov.

Fördelar med arseniskt brons

Medan arsenik sannolikt ursprungligen blandades med koppar till följd av att malmerna redan innehöll det, fortsatte användningen förmodligen av flera skäl. För det första fungerar det som en avoxidator, som reagerar med syre i den heta metallen för att bilda arsenösa oxider som förångas från den flytande metallen. Om mycket syre löses upp i flytande koppar, när metallen svalnar, separeras kopparoxiden vid korngränserna och reducerar det resulterande föremålets formbarhet kraftigt . Användningen kan emellertid leda till en större risk för porösa gjutgods på grund av vätgaslösning i den smälta metallen och dess efterföljande förlust som en bubbla (även om alla bubblor kan smidessvetsas och fortfarande lämna metallens massa redo att vara arbetshärdad).

För det andra har legeringen större arbetshärdning än vad som är fallet med ren koppar, så att den fungerar bättre när den används för skärning eller huggning. En ökning av arbetshärdningsförmågan uppstår med en ökande andel arsenik, och bronset kan härdas över ett brett temperaturintervall 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 förbättring av hårdheten och draghållfastheten med 10 till 30%.

För det tredje, i de rätta procentsatserna, kan det bidra med en silverfärgad glans till artikeln som tillverkas. Det finns bevis för arseniska bronsdolkar från Kaukasus och andra artefakter från olika platser med ett arsenikrikt ytskikt som mycket väl kan ha framställts avsiktligt av gamla hantverkare, och mexikanska klockor gjordes av koppar med tillräckligt med arsenik för att färga dem silver.

Arseniskt brons, platser och civilisationer

Reproduktioner av bronsåldersknivar gjorda av brons med hög arsenik (vänster) och tennbrons (mitt och höger). Beroende på innehållet i arsenik är legeringen av ljusröd till silveraktig färg.

Arseniskt brons användes av många samhällen och kulturer över hela världen. För det första har den iranska platån , följt av det intilliggande mesopotamiska området, tillsammans som täcker moderna Iran, Irak och Syrien, den tidigaste arseniska bronsmetallurgin i världen, som tidigare nämnts. Den användes från 4: e årtusendet f.Kr. till mitten av 2: a årtusendet f.Kr. , en period på nästan 2000 år. Det var en stor variation i arsenikinnehållet i artefakter under denna period, vilket gjorde det omöjligt att säga exakt hur mycket som avsiktligt tillkom och hur mycket som uppstod av misstag. Samhällen som använder arseniskt brons inkluderar Akkadierna , Ur och Amoriterna , alla baserade runt Tigris och Eufrat floder och centra i handelsnätverk som sprider arseniskt brons över Mellanöstern under bronsåldern.

Den kalkolitiska perioden från Nahal Mishmar i Judeanöknen väster om Döda havet innehåller ett antal arseniskt brons (4–12% arsenik) och kanske arseniska kopparartefakter gjorda med förlorad vaxprocess , den tidigaste kända användningen av detta komplex Metod. "Kol-14-datering av vassmattan där föremålen lindades tyder på att den dateras till minst 3500 f.Kr. Det var under denna period som användningen av koppar blev utbredd i hela Levanten, vilket vittnar om betydande teknisk utveckling 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 kunna separeras ut, men de resulterande legeringarna var vanligtvis mycket starkare än metallerna individuellt.

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

Den eolitiska perioden i norra Italien , med Remedello- och Rinaldone -kulturerna 2800 till 2200 f.Kr., användes arseniskt brons. Det verkar faktiskt som att arseniskt brons var den vanligaste legeringen som användes i Medelhavsområdet vid denna tidpunkt.

I Sydamerika var arseniskt brons den dominerande legeringen i Ecuador och norra och centrala Peru, på grund av de rika arsenikbärande malmerna som finns där. Däremot södra och centrala Anderna, södra Peru, Bolivia och delar av Argentina, var rika i tennmalm kassiterit och därmed inte använda arsenikbrons.

Den sicanska kulturen i nordvästra kusten Peru är känd för sin användning av arseniskt brons under perioden 900 till 1350 e.Kr. Arseniskt brons existerade tillsammans med tennbrons för i Anderna, förmodligen på grund av dess större formbarhet vilket innebar att det lätt kunde hamras till tunna ark som värderades i det lokala samhället.

Arseniskt brons efter bronsåldern

Det arkeologiska rekordet i Egypten , Peru och Kaukasus antyder att arseniskt brons producerades en tid vid sidan av tennbrons. Vid Tepe Yahya fortsatte dess användning in i järnåldern för tillverkning av prydnadsföremål och dekorativa föremål, vilket demonstrerade 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 arseniskt brons fasades ut på grund av dess hälsoeffekter. Det är mer troligt att den fasades ut i allmän användning eftersom legering med tenn gav gjutgods som hade liknande styrka som arseniskt brons men inte krävde ytterligare härdning för att uppnå användbar styrka. Det är också troligt att mer säkra resultat kan uppnås med användning av tenn, eftersom det kan tillsättas direkt till koppar i specifika mängder, medan den exakta mängden arsenik som tillsätts var mycket svårare att mäta på grund av tillverkningsprocessen.

Hälsoeffekter av användning av arseniskt brons

Arsenik är ett element med en förångningspunkt på 615 ° C, så att arsenikoxid kommer att gå förlorad från smältan före eller under gjutning, och ångor från eldhärdning för gruvdrift och malmbearbetning har länge varit kända för att attackera ögon, lungor och hud .

Kronisk arsenförgiftning leder till perifer neuropati , vilket kan orsaka svaghet i ben och fötter. Det har spekulerats i att detta låg bakom legenden om halta smeder, som den grekiska guden Hephaestus .

En välbevarad mamma av en man som levde omkring 3200 f.Kr. som hittades i Ötztalalperna , populärt kallad Ötzi , visade höga halter av både kopparpartiklar och arsenik i håret. Detta, tillsammans med Ötzis kopparyxblad, som är 99,7% rent koppar, har fått forskare att spekulera i att han var inblandad i kopparsmältning .

Moderna användningar av arseniskt brons

Arseniskt brons har sett liten nytta under den moderna perioden. Det verkar som att den närmaste motsvarigheten går under namnet arseniskt koppar , definierat som koppar med under 0,5 viktprocent As, under den accepterade procentsatsen i arkeologiska artefakter. Närvaron av 0,5 viktprocent arsenik i koppar sänker den elektriska konduktiviteten till 34% av ren koppar, och till och med så lite som 0,05 viktprocent minskar den med 15%.

Se även

Referenser

externa länkar