Введение

Купелляция – это процесс рафинирования в металлургии, при котором руды или сплавы обрабатываются при очень высоких температурах и подвергаются контролируемым операциям для отделения благородных металлов, таких как золото и серебро, от основных металлов, таких как свинец, медь, цинк, мышьяк, сурьма или висмут, содержащихся в руде. Процесс основан на принципе, согласно которому драгоценные металлы обычно окисляются или химически реагируют при значительно более высоких температурах, чем основные металлы. При нагревании до высоких температур драгоценные металлы остаются в отдельном состоянии, а остальные вступают в реакцию, образуя шлаки или другие соединения. Начиная с раннего бронзового века, этот процесс использовался для получения серебра из выплавленной свинцовой руды. К средним векам и эпохе Возрождения купелляция была одним из наиболее распространенных процессов рафинирования драгоценных металлов. К тому времени применялись огневые пробы для анализа минералов: тестирование свежеполученных металлов, таких как свинец, и переработанных металлов для определения их чистоты при изготовлении ювелирных изделий и монет. Купелляция до сих пор используется.

Маломасштабная купеляция

Маломасштабная купеляция основана на том же принципе, что и купеляция в купеляционном горне; основное различие заключается в объеме тестируемого или получаемого материала. Минералы необходимо измельчать, обжигать и плавить для концентрирования металлических компонентов с целью отделения благородных металлов. К эпохе Возрождения применение процессов купеляции было разнообразным: анализ руд из шахт, определение содержания серебра в ювелирных изделиях или монетах, а также для исследовательских целей. Процесс осуществлялся в небольших неглубоких емкостях, известных как тигли. Поскольку основная цель маломасштабной купеляции – анализ и испытание минералов и металлов, тестируемый материал должен быть тщательно взвешен. Анализ проводился в купеляционной или испытательной печи, которая должна быть оснащена смотровыми окнами и мехами для обеспечения окисления свинца, а также для безопасного извлечения тигля по завершении процесса. Для гарантии дальнейшего отделения примесей к тестируемому материалу необходимо добавлять чистый свинец. После поглощения литарги тиглем, формировались серебряные гранулы, оседавшие в центре тигля.

Купола

Основным инструментом для купеляции в малом масштабе был купель. Купели изготавливались с большой тщательностью. Изначально это были небольшие сосуды в форме перевернутого усеченного конуса, изготовленные из костного пепла. По словам Георга Агриколы, наилучший материал получали из обожженных оленьих рогов, хотя также можно было использовать рыбьи кости. Пепел необходимо было измельчить в мелкий и однородный порошок и смешать с каким-либо связующим веществом для формования купелей. Формы делались из меди без дна, чтобы купели можно было извлекать. Неглубокое углубление в центре купели формировалось с помощью округлого пестика. Размер купели зависел от количества материала, подлежащего анализу. Эта же форма сохраняется и по сей день. Археологические исследования, а также археометаллургический анализ и письменные источники эпохи Возрождения подтверждают использование различных материалов для их изготовления; купели могли быть изготовлены также из смесей костей и древесного пепла, низкого качества, или сформированы с использованием подобной смеси в нижней части и верхним слоем из костного пепла.

История

Первое известное использование серебра было на Ближнем Востоке, в Анатолии и Месопотамии, в IV и III тысячелетиях до нашей эры, в раннем бронзовом веке. Археологические находки серебряных и свинцовых предметов, а также кусков литаргия и шлака, были изучены на различных участках. Хотя это интерпретируется как извлечение серебра из свинцовых руд, также предполагается, что свинец добавляли для извлечения серебра из видимых серебряных минералов, заключенных в пустой породе. В обоих случаях серебро извлекалось из свинцового металла посредством купеляции. В последующую железную эпоху купеляция осуществлялась путем сплавления основных металлов с избытком свинца. Затем полученный слиток или продукт этого плавления нагревался в купеляционной печи для отделения благородных металлов. Шахты, такие как Рио-Тинто, недалеко от Уэльвы в Испании, и Лаурион в Греции, стали важными политическими и экономическими центрами в Средиземноморье. Около 500 г. до н.э. контроль над рудниками Лауриона дал Афинам политическое преимущество и власть в Средиземноморье, что позволило им победить персов. Во времена Римской империи требовалось большое количество свинца для поддержания римской цивилизации на обширной территории; они искали открытые свинцово-серебряные рудники в завоеванных областях. Серебряные монеты стали нормализованным средством обмена, поэтому производство серебра и контроль над рудниками давали экономическую и политическую власть. В римскую эпоху добыча свинцовых руд считалась целесообразной, если содержание серебра составляло 0,01% или более. Происхождение использования купеляции для анализа неизвестно. Одним из самых ранних письменных упоминаний о купелях является «De Diversis Artibus» Феофила в XII веке нашей эры. Процесс мало изменился до XVI века. Георг Агрикола и Лазарь Эркер, среди прочих, писали об искусстве горного дела и испытания руд, а также давали подробные описания купеляции. Их описания и предположения были выявлены в различных археологических находках в средневековой и ренессансной Европе. К этому времени количество огневых анализов значительно возросло, главным образом из-за испытания руд в шахтах для определения возможности их разработки. Основное применение купеляции было связано с чеканкой монет, а также с проверкой ювелирных изделий. Нет конкретных археологических данных о выплавке или добыче серебра в Андах до инков. В центральных высокогорьях Перу были найдены серебряные и свинцовые артефакты, датируемые периодами до инков и инков. Наличие свинца в серебряных артефактах позволяет археологам предположить, что там проводилась купеляция.