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.
Cupellation is a refining process in metallurgy in which ores or alloyed metals are treated under very high temperatures and subjected to controlled operations to separate noble metals, like gold and silver, from base metals, like lead, copper, zinc, arsenic, antimony, or bismuth, present in the ore. The process is based on the principle that precious metals typically oxidise or react chemically at much higher temperatures than base metals. When they are heated at high temperatures, the precious metals remain apart, and the others react, forming slags or other compounds. Since the Early Bronze Age, the process was used to obtain silver from smelted lead ores. By the Middle Ages and the Renaissance, cupellation was one of the most common processes for refining precious metals. By then, fire assays were used for assaying minerals: testing fresh metals such as lead and recycled metals to determine their purity for jewellery and coin making. Cupellation is still in use today.
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.