metalurgia cuprului a bronzului si a fierului

Metalurgia cuprului, a bronzului i a fierului.ș

Procesul tehnologic

Paleometalurgia• Artefacte de mici dimensiuni, obţinute din cupru nativ şi care

atestă o etapă anterioară metalurgiei propriu-zise, au fost descoperite sporadic, în diferite contexte arheologice, încă din mileniul X î.e.n.. În peştera de la Shanidar (Munţii Zagros, Irak) a fost identificat un pandantiv din cupru, ce a făcut parte din inventarul unui mormânt de femeie.

• Obiectele de aramă devin mai frecvente în neoliticul aceramic din zona Anatoliei (Çayönü Tepesi şi Aşikli Höyük, situate în apropierea minelor de la Ergani Maden) şi Mesopotamia (Tell Maghzaliyeh, Ali Kosh, Tell Ramad).

• Primele piese realizate din cupru nativ au fost, îndeosebi, obiecte de podoabă de mici dimensiuni (mărgele) sau obiecte pentru străpuns (sule, ace).

• Obiectele se obţineau prin batere.

Paleometalurgia

• Primele artefacte realizate din cupru nativ nu au avut o destinaţie utilitară, fiind, mai curând, obiecte cu valoare estetică şi simbolică deosebită, ce aveau rolul de a exprima prestigiului deţinătorului.

• În concluzie, putem aprecia că prelucrarea cuprului nativ, ce a oferit omului posibilitatea cunoaşterii unora dintre avantajele noii materii prime, nu a însemnat şi trecerea la metalurgia propriu-zisă.

• De asemenea, constatăm că folosirea cuprului nativ nu a avut consecinţe semnificative la nivelul vieţii cotidiene, rămânând la nivelul unei simple invenţii.

Paleometalurgia

Metalurgia Cuprului

• La Çan Hasan (sudul Anatoliei) s-a utilizat pentru prima dată tehnica topirii şi turnării aramei în tipare.

• Şi de această dată au fost realizate, cu precădere, bijuterii, cum sunt mărgelele din nivelul VIA de la Çatal Hüyük, din centrul Anatoliei, şi brăţara descoperită la Yarim Tepe, în nordul Mesopotamiei, dar şi cele identificate la Sitagroi, în nordul Greciei.

Metalurgia Cuprului• Către sfârşitul mileniului al V-lea î.e.n. s-a trecut la extragerea şi reducerea minereului

de carbonat şi oxid de cupru, ceea ce constituie debutul metalurgiei propriu-zise a cuprului.

• Din această perioadă datează sceptrul descoperit în nivelul IIB din aşezarea de la Çan Hasan, dar şi urme ale prelucrării minereurilor (cuptoare şi zgură) identificate în siturile de la Noršuntepe, Değirmentepe, Tal-i-Iblis, Seh-Gabi şi Tepe Ghabristan.

• Sub raport cantitativ, dar şi tipologic, se înregistrează o diversificare a artefactelor produse din cupru ce a reprezentat începutul producţiei de serie.

• Din momentul în care s-a realizat topirea şi turnarea în forme a metalului se poate vorbi de trecerea la metalurgia propriu-zisă, etapă ce coincide cu transformarea din simplă invenţie în inovaţie. Raritatea zăcămintelor de cupru nativ şi rezervele limitate au impus căutarea unor noi surse de minereuri.

• Astfel, s-a făcut trecerea spre extragerea din zăcăminte şi obţinerea metalului prin prelucrarea mecanică şi spălarea minereurilor. În etapa următoare, era nevoie de obţinerea şi menţinerea unor temperaturi ridicate (cca. 800ºC pentru reducerea minereurilor şi 1085ºC pentru topirea cuprului) şi de cunoaşterea unor procedee tehnologice, precum reducerea, ce fuseseră descoperite anterior, de către meşterii olari. A rezultat un adevărat lanţ tehnologic ce debuta odată cu reperarea posibilelor resurse de minereuri, şi se continua cu exploatarea prelucrarea mecanică, termică şi chimică, pentru a se putea obţine artefactele dorite.

Metalurgia Cuprului• Noua materie primă, cuprul, prezintă o serie de avantaje faţă

de piatră: se pot realiza obiecte mult mai complicate ca formă, dar şi mai eficiente şi mai rezistente, în timp ce piesele uzate sau rupte nu reprezintă o „materie irosită”, ci pot fi recuperate prin retopire şi returnare.

• Totodată, prezintă şi câteva dificultăţi în realizarea obiectelor, întrucât cuprul lichid nu este suficient de fluid, motiv pentru care turnarea în forme complicate poate fi destul de dificilă.

• Obţinerea formei dorite este îngreunată şi de faptul că în cursul turnării şi topirii, cuprul absoarbe gaze din atmosferă, ceea ce duce la formarea unor goluri în masa metalului, obiectul fiind foarte uşor casabil.

Metalurgia Cuprului

Debutul metalurgiei în regiunea Dunării de Jos• În ceea ce priveşte regiunea Dunării de Jos, cuprul nativ a fost folosit încă

din neoliticul timpuriu şi dezvoltat, în arealul culturilor Criş, Vinča şi Boian (faza Bolintineanu) pentru realizarea unor unelte (ace, străpungătoare, lame, cârlige de undiţă, sârme) şi mici obiecte de podoabă (brăţări, mărgele, verigi, inele, pandantive) ce erau obţinute prin batere la rece şi/sau cald. Etapa de început, bazată pe utilizarea cuprului nativ, a fost influenţată şi de unele impulsuri venite dinspre lumea egeo-anatoliană.

• În eneoliticul dezvoltat s-a trecut la exploatarea zăcămintelor de cupru şi prelucrarea, în continuare, a minereurilor printr-o succesiune de procedee mecanice, termice şi chimice, până la obţinerea metalului. Folosirea aramei a cunoscut o intensificare deosebită, producându-se pentru prima dată unelte de mari dimensiuni (topoare-dălţi, topoare-ciocane şi topoare cu tăişurile dispuse în cruce) ce erau obţinute prin turnare în tipare-monovalve, poate şi bivalve. Posibilitatea executării lanţului tehnologic ce debuta cu prospectarea zăcămintelor, continua cu extragerea şi reducerea minereurilor pentru a se obţine arama, a echivalat cu apariţia metalurgiei în regiunea Dunării de Jos. Progresul tehnologic reprezentat de metalurgie a fost favorizat atât de condiţiile de dezvoltare locală, cât şi de legăturile cu centrele mai înaintate din spaţiul egeo-anatolian.

• Din regiunea Dunării de Jos, la nivelul eneoliticului avem dovezi privind exploatarea minieră la Rudna Glava, în estul Serbiei şi Ai Bunar, în Bulgaria. Zăcămintele au fost exploatate în puţuri oblice şi verticale, reduse ca diametru (0,60-1,50 m) şi destul de puţin adânci (adâncimea maximă: 20-25 m). Cel puţin la început, a fost căutată calcopirita care se oxidează în contact cu pânza freatică şi capătă o culoare verzuie, putând fi astfel uşor reperată.

• De asemenea, precizăm că analizele spectrale efectuate pentru o serie de piese din Serbia au demonstrat că zăcămintele de la Majdanpek (20 km nord-vest de Rudna-Glava) au constituit sursa de cupru pentru majoritatea artefactelor descoperite în regiunea Dunării mijlocii, în aria Bodrogkeresztúr/Bubanj Hum I. Pentru spaţiul de la nord de Dunăre, este dificil de precizat de unde proveneau minereurile folosite la producerea obiectelor de aramă, întrucât nu au fost descoperite exploatări care să dateze din eneolitic. În absenţa dovezilor pentru exploatarea minereurilor cuprifere, determinarea originii metalului este o operaţiune dificilă, îngreunată şi de faptul că nu dispunem de analize spectrale decât pentru foarte puţine piese.

Debutul metalurgiei în regiunea Dunării de Jos

Metalurgia bronzului• Etapele următoare în evoluţia metalurgiei se caracterizează

prin găsirea unor procedee de înnobilare a cuprului, fie prin metoda arsenizării lui, fie prin aliajul cu alte metale (cositor, plumb, antimoniu), ceea ce a echivalat cu inventarea bronzului.

• Prin realizarea aliajului au putut fi reduse şi dezavantajele legate de maleabilitatea cuprului şi absorbţia gazelor din timpul topirii şi turnării.

• Un alt avantaj al realizării aliajului a fost reprezentat de scăderea temperaturii necesare topirii.

• De asemenea, bronzul este mai fluid şi, după turnarea în tipare, formează o masă compactă, fiind totodată un metal mai dur comparativ cu arama.

Metalurgia bronzuluiCu As

• Bronzurile arsenizate conţin peste 2% arsen şi sunt considerate, de regulă, aliaje intenţionate. Cuprurile şi bronzurile arsenizate au cunoscute o largă răspândire în Europa, în chalcoliticul târziu şi bronzul timpuriu. Realizarea aliajului cu arsen implica o serie de riscuri pentru sănătatea meşterilor metalurgi, datorită toxicităţii arsenului care se evaporă în cursul încălzirii metalului la temperaturi mai mari de 300ºC.

• Efectul nociv pentru sănătatea meşterilor ar putea reprezenta un motiv întemeiat pentru înlocuirea arsenului cu staniul sau cu alte metale (antimoniu, plumb sau zinc) pentru realizarea aliajului.

• De asemenea, este posibil ca şi bronzul standard să fi fost obţinut iniţial tot în mod accidental prin folosirea concomitentă a unor depozite de cupru şi staniu aflate în proximitate.

• Odată cu alierea intenţionată a apărut şi problema căutării unor zăcăminte de cositor sub formă de minereu sau de filon, cum este casiterita, dar şi utilizarea, în absenţa cositorului, a altor metale în aliaj cu arama, respectiv plumbul, zincul şi antimoniul.

• Bronzul cu staniu a apărut în Orientul Apropiat în a doua jumătate a mileniului IV î.e.n., pentru ca în prima jumătate a mileniului următor tehnica realizării aliajului sa fie perfect stăpânită, fiind folosită şi pentru realizarea unor obiecte de formă complicată prin metoda cerii pierdute.

Metalurgia bronzului

• Metalurgia bronzului s-a răspândit treptat, în cursul mileniului al III-lea î.e.n., în toată Lumea Veche. Amploarea pe care a cunoscut-o s-a datorat şi dezvoltării comerţului la mare distanţă, ce a fost motivată şi de raritatea zăcămintelor de cositor, metal ce trebuia procurat, de cele mai multe ori, din regiuni îndepărtate.

• Dacă zăcăminte de cupru se găseau în mai toate zonele Lumii Vechi, cositorul putea fi obţinut doar din câteva locuri: în Europa, din regiunea Cornwall (sud-vestul Angliei), din Bretagne (nord-vestul Franţei) sau din Peninsula Iberică şi nordul Italiei, iar în Asia, în regiunea muntoasă din nord-vestul Iranului.


• I. Prospectarea zăcămintelor şi exploatarea minereurilor• Cantitatea impresionantă a obiectelor de metal ne

aduce, fără îndoială, în atenţie şi problema provenienţei minereului. Anterior exploatării propriu-zise, avea loc prospectarea şi identificarea posibilelor zăcăminte.• Întrucât întâlnim, adeseori, zăcăminte de cupru în

asociere cu cele de aur şi argint, este posibil ca în zonele în care au fost semnalate spălătorii de aur antice, să fi fost obţinut şi cuprul nativ.• Dacă avem în vedere distribuţia geografică vom constata

că amplasarea spălătoriilor de aur antice se suprapune, parţial, peste zonele cu minereuri cuprifere, existând posibilitatea ca, în unele situaţii, exploatarea să fi fost concomitentă.


• Anterior exploatării propriu-zise, avea loc identificarea şi prospectarea posibilelor zăcăminte.

• În sesizarea prezenţei diferitelor minereuri cuprifere deosebit de relevantă era considerată densitatea unora dintre roci, precum şi unele particularităţi ale vegetaţiei şi solului sau calitatea apelor.

• De asemenea, prezenţa acestora era sesizată şi pe baza coloritului specific: • galben auriu (calcopirită)• diferite nuanţe de roşu (cuprit)• verde (malahit)• albastru (azurit, covelina)• brun închis-arămiu (bornit)• gri/albastru/negru (calcozina)

• Folosirea plantelor ca indicator pentru prezenţa unor minereuri metalifere a fost o metodă folosită atât în Antichitate (Plinius, Naturalis Historia, XXXIV, 142), cât şi în Evul Mediu (Georg Agricola, Despre minerit şi metalurgie, II).


Metalurgia bronzului• II. Prelucrarea şi reducerea minereurilor

• Anterior reducerii, minereul era supus unor proceduri ce urmăreau eliminarea impurităţilor cu care era amestecat. Această etapă, numită de unii autori îmbogăţirea minereului, se desfăşura în zona de extracţie. La începutul acestei operaţiuni avea loc o triere manuală, în urma căreia se obţinea minereul util, sterilul şi o mixtură.

• După eliminarea sterilului şi sortarea minereului, mixtura era zdrobită, iar, ulterior, prin cernere, se alegea partea utilă. Spargerea minereului se realiza cu ajutorul unor topoare, fragmentele obţinute fiind mărunţite cu nişte zdrobitoare şi râşniţe de piatră.

• Fragmentele rezultate în urma decantării erau amestecate cu un combustibil, urmând să fie prăjite. Prin prăjire era eliminat sulful, mai ales în cazul compuşilor sulfuroşi.

Metalurgia bronzului• III. Aliajul

• Bronzul este un aliaj de cupru şi cositor, care conţine, însă, şi o serie de impurităţi ce provin din minereurile originare sau din metalele recuperate prin topirea altor aliaje.

• Din punct de vedere tehnologic, bronzul se producea prin adăugarea casiteritei (minereu ce conţine staniu) la cupru în momentul fuziunii. Obţinerea aliajelor se realiza în cuptoare sau pe vetre deschise, iar procesul de aliere a metalelor avea loc în creuzete.

• Procentele de cositor utilizate difereau în funcţie de tipul şi destinaţia artefactelor ce urmau să fie obţinute. Astfel, cu o proporţie de 5% staniu, bronzul era mai maleabil, iar la 18% rezistenţa acestui aliaj atingea valori maxime. Analizele metalografice la care au fost supuse numeroase piese din bronz au evidenţiat adevărate reţete utilizate în realizarea aliajelor de bronz. Cantitatea staniului determină atât culoarea obiectului), cât şi punctul de topire al acestuia, situaţie ce era cunoscută făurarilor epocii bronzului, dacă avem în vedere calitatea obiectelor obţinute.

Metalurgia bronzului• IV. Turnarea în tipare

• Tipare monovalve utilizate pentru obţinerea unor artefacte ce aveau o faţă plană şi una în relief (seceri etc.) • Tipare bivalve întrebuinţate în cazul obiectelor cu ambele

feţe reliefate (celturi, brăţări etc.), uneori realizându-se simultan mai multe tipuri de piese (aşa-numitele „baterii” de tipare) • Tipare compuse din mai multe părţi, unite printr-un cep

din lut sau lemn, folosite pentru obţinerea unor piese mai complicate• Metoda cerii pierdute

• V. Finisarea şi ornamentarea• Dacă în timpul procesului de turnare cele două valve nu au

fost foarte bine potrivite, sau au fost mişcate, pe obiectele obţinute putea fi observată o bavură. Îndepărtarea acesteia se putea realiza cu ajutorul unei gresii, a unei dălţi sau al unui ferăstrău. Cu excepţia elementelor decorative obţinute cu ocazia turnării era folosită şi ornamentarea cu ajutorul unui dorn ascuţit a centurilor, brăţărilor sau pandantivelor.

• Probabil, pentru realizarea sau completarea diverselor motive decorative cea mai des utilizată era tehnica au repoussé. Dar, în lipsa unor analize metalografice reconstituirea tehnicilor decorative reprezintă obiectul unor speculaţii, fiind dificil de precizat dacă acestea erau obţinute la rece sau prin călire.


Metalurgia fierului• I. Prospectarea zăcămintelor şi exploatarea minereurilor• Şi în cazul fierului, prospectarea surselor urmărea aceleaşi

reguli pe care le-am enunţat în cazul minereurilor cuprifere. Avantajul, în cazul fierului, era dat de frecvenţa deosebită cu care putea fi întâlnit.

• Comparativ cu celelalte minereuri, fierul se găseşte destul de aproape de suprafaţa solului sub formă de oxizi (magnetit, hematit), hidroxizi de fier (limonit) sau sulfură de fier (pirită).

• Întrucât zăcămintele erau situate la mică adâncime, la început nu a fot nevoie de operaţiuni de extragere complicate. Ulterior, pe măsura „popularizării” obiectelor din fier şi implicit a creşterii cererii de materie primă, au fost adoptate tehnici mai sofisticate de exploatare.

• II. Prelucrarea şi reducerea minereurilor• Prelucrarea minereurilor presupunea, într-o primă etapă, succesiunea

unor procedee mecanice şi o triere pentru a putea fi îndepărtat sterilul. În secvenţa următoare, avea loc prăjirea, ce se realiza la temperaturi de 400-800○C şi avea ca scop oxidarea minerului în urma căreia devenea mai poros şi potrivit pentru reducere.

• Deosebit de important pentru reducerea minereurilor feroase era tipul de combustibil lemnos folosit. Întrucât reducerea fierului necesită temperaturi ridicate, pentru ca procesul să fie cât mai eficient era utilizat cărbunele de lemn.

• Întrucât punctul de topire al fierului este foarte ridicat (1540○C), până în evul mediu nu s-a ajuns la o stabilizare a acestei temperaturi care să permită fuziunea fierului. Ceea ce s-a putut realiza la nivelul tehnologiei de la sfârşitul epocii bronzului şi începutul epocii fierului a fost reducerea minereurilor feroase.

Metalurgia fierului

• III. Realizarea şi finisarea artefactelor• Pentru a putea fi prelucrat mai departe în vederea realizării

obiectelor avea loc o reîncălzire a barelor de fier rezultate în urma reducerii (până la o temperatură de aproximativ 900○C). Prelucrarea avea loc prin batere la cald pe nicovale, cu ciocane de diferite tipuri şi dimensiuni.

• Din punct de vedere tehnologic, constatăm o simplificare comparativ cu procedeele de obţinere a bronzului. Dacă pentru realizarea artefactelor din bronz erau necesare diferite procedee de turnare, prelucrarea barelor de fier se putea realiza doar prin batere la cald. Dar această simplificare a însemnat o limitare în privinţa formelor, motiv pentru care o bună parte din uneltele şi armele ce erau produse anterior, nu au mai avut continuitate.

Metalurgia fierului

metalurgia cuprului a bronzului si a fierului

Documents