Извлечение серебра методом амальгамации: патио-процесс

Введение

Металлургический процесс: извлечение серебра амальгамацией.

Рафинирование, или плавление, чаще всего необходимо, поскольку серебро редко встречается в самородном виде, как некоторые металлы, более благородные, чем окислительно-восстановительная пара 2+ ⇌ 2 (золото, ртуть). Вместо этого оно обычно представлено в виде крупного рудного тела. Таким образом, рафинирование или плавление необходимо для восстановления соединения, содержащего катион Ag+, до металлического Ag и удаления других побочных продуктов для получения чистого серебра. Этот процесс, использующий амальгамацию ртутью для извлечения серебра из руды, впервые был применен в больших масштабах Бартоломе де Медина в Пачуке (Мексика) в 1554 году. Он заменил плавление как основной метод извлечения серебра из руды в испанских колониях Америки. Хотя некоторые знания о методах амальгамации, вероятно, существовали еще со времен античности, именно в Новом Свете он впервые был использован в промышленных масштабах. Позже были разработаны другие процессы амальгамации, в частности, процесс амальгамации в панах и его вариант – процесс Вашо. Процесс отделения серебра обычно отличался от отделения и извлечения золота, хотя амальгамация с ртутью иногда используется и для извлечения золота. В то время как золото часто встречалось в Америке в самородном виде или в сплавах, серебро чаще всего находилось в виде соединений, таких как хлорид серебра и сульфид серебра, и поэтому для его очистки требовалась амальгамация с ртутью.

Развитие процесса терраса

Бартоломе де Медина был успешным испанским купцом, которого заинтересовала проблема снижения выхода серебра из руд, добываемых в испанской Америке. К середине XVI века в Испании было хорошо известно, что производство серебра в Америке сокращается из-за истощения высокосортных руд и роста производственных затрат. Новые законы, запрещавшие порабощение индейцев, привели к увеличению стоимости рабочей силы, поскольку шахтеры переходили на наемный труд и дорогостоящих африканских рабов. Эти возросшие производственные затраты делали добычу и плавку чего бы то ни было, кроме серебряных руд высшего качества, непомерно дорогими, одновременно с тем, как доступность высокосортных руд уменьшалась. Бартоломе де Медина первоначально сосредоточил свои усилия на изучении новых методов плавки у испанских плавильщиков. В ходе своих исследований к нему обратился неизвестный немец, известный лишь как "Маэстро Лоренцо", который сообщил ему, что серебро можно извлекать из измельченных руд с использованием ртути и соленого раствора. Обладая этими знаниями, Медина покинул Испанию и в 1554 году отправился в Новую Испанию (Мексику), где основал образцовую патио-плавильню, чтобы продемонстрировать эффективность новой технологии. Медине обычно приписывают добавление "магистраля" (типа сульфата меди CuSO4, получаемого из пиритов) в раствор ртути и соленой воды (H2O · NaCl) для катализации реакции амальгамации. Некоторые историки утверждают, что в местных рудах уже содержалось достаточное количество сульфатов меди и дополнительный магистраль не требовался, в то время как другие утверждают, что хотя природные сульфаты меди позволяли проводить потенциальную амальгамацию без магистраля, нестабильные результаты этого метода сделали магистраль ключевым компонентом эффективной переработки руды в промышленных масштабах. Независимо от того, был ли вклад Медины полностью оригинальным, он продвигал свой процесс среди местных шахтеров и получил патент от вице-короля Новой Испании. В результате ему обычно приписывают изобретение амальгамации серебра в форме патио-процесса. Эффективность этого метода была настолько высока, что когда немецкие эксперты прибыли в Америку в конце 1700-х годов, чтобы обучать новейшим технологиям амальгамации, они признали, что не верят в возможность улучшения американского метода в его условиях. Немецкий плавильщик Фридрих Зоннешмидт заявил: "Не следует ожидать, что когда-либо будет найден метод, позволяющий перерабатывать все виды руды с затратами ниже или даже равными затратам, необходимым для обогащения на патио". Амальгамация была настолько эффективной, что плавильщик мог получать прибыль, даже если руда была настолько бедной, что давала всего 1,5 унции серебра на 100 фунтов исходного материала.

Bartolomé de Medina was a successful Spanish merchant who became fascinated with the problem of decreasing silver yields from ores mined in Spanish America. By the mid sixteenth century, it was well known in Spain that American silver production was in decline due to the depletion of high grade ores and increasing production costs. The New Laws, prohibiting the enslavement of Indians, had resulted in higher labor costs as miners turned to wage labor and expensive African slaves. These higher production costs made mining and smelting anything but the highest grade silver ores prohibitively expensive, just as the availability of high grade ores was in decline. Bartolomé de Medina initially focused his attentions on learning about new smelting methods from smelters in Spain. He was approached during his research by an unknown German man, known only as "Maestro Lorenzo," who told him that silver could be extracted from ground ores using mercury and a salt water brine. With this knowledge, Medina left Spain for New Spain (Mexico) in 1554 and established a model patio refinery in order to prove the effectiveness of the new technology. Medina is generally credited with adding "magistral" (a type of copper sulfate CuSO4 derived from pyrites) to the mercury and salt water (H2O · NaCl) solution in order to catalyze the amalgamation reaction. Some historians assert that there were already sufficient copper sulfates in the local ores and that no additional magistral was needed, though others argue that while naturally occurring copper sulfates allowed for potential amalgamation sans magistral, the erratic results of this method made magistral a key component of the effective refinement of ore on a large scale. Regardless of whether or not Medina's contribution was entirely original, he promoted his process to local miners and was able to obtain a patent from the Viceroy of New Spain. As a result, he is generally credited with the invention of silver amalgamation in the form of the patio process. The effectiveness of this method was such that when German experts arrived in America in the late 1700s to teach the newest amalgamation technology, they admitted they did not believe they could improve upon the American method in its context. Friedrich Sonneschmidt, a German refiner, stated: "It is not to be expected that there will ever be found a method by which all varieties of ore can be refined, having expenses lower than or even equal to those required by the patio beneficiation." The amalgamation was so efficient that a refiner could turn a profit even if the ores were poor enough to yield only 1.5 oz of silver per 100 lbs of original material.

Основные элементы процесса терраса

Перед тем как руду доставляли на инженерию (амальгамовый завод), излишки материала отделяли от серебряной руды. На заводе руду перемалывали в мелкий песок (харина) с помощью аррастры или штамповой мельницы, состоящей из вращающегося вала с тяжелыми железными штампами, которые дробили руду о каменный блок. Харину помещали в кучи весом 2000 фунтов и более, к которым добавляли соль, воду, магистраль (по сути, нечистая форма сульфата меди, CuSO4) и ртуть. Эту смесь перемешивали босые индейские рабочие или лошади и мулы, а затем распределяли слоем толщиной от 0,30 до 0,61 метра на патио (неглубоком огороженном дворе). После шести-восьми недель перемешивания и выдержки на солнце сложная реакция превращала серебро в самородный металл, который образовывал амальгаму с ртутью. Затем смесь промывали и процеживали через холщовый мешок, после чего помещали в печь с колпаком. При нагревании амальгамы ртуть испарялась, оставляя серебро. Пары ртути конденсировались на охлажденном колпаке, где их собирали и использовали повторно. Количество соли и сульфата меди варьировалось от четверти до десяти фунтов одного или другого, или обоих, на тонну переработанной руды. Решение о том, сколько добавлять каждого ингредиента, сколько времени перемешивать и когда останавливать процесс, зависело от мастерства азогуэро (специалиста по ртути). Потери ртути в процессе амальгамации обычно составляли от одного до двух раз превышение веса извлеченного серебра. Процесс патио был первой формой амальгамации. Однако неясно, был ли этот процесс или аналогичный, в котором амальгамация происходила в нагретых чанах, а не на открытых патио, преобладающим в Новой Испании, поскольку самое раннее известное изображение процесса патио датируется 1761 годом. Существуют веские доказательства того, что оба процесса использовались в Новой Испании с ранних времен, в то время как открытые патио никогда не получили распространения в Перу. Вместо этого андские переработчики помещали измельченную руду в каменные резервуары, перекрытые сводом над огнем, что способствовало ускорению амальгамации за счет смягчения суровых морозов в высокогорных андских рудниках. Оба процесса требовали измельчения руды, и переработчики быстро создавали мельницы для переработки руды после внедрения амальгамации. В Андах были распространены водяные мельницы, приводимые в действие искусственными плотинами, а в Новой Испании, где воды было относительно мало, мельницы часто приводились в действие лошадьми или другими тягловыми животными. В связи с зависимостью амальгамации от ртути, расширение производства ртути было ключевым фактором расширения производства серебра. Важным источником ртути были месторождения в Уанкавелике (Перу), открытые в 1563 году. Дополнительную ртуть получали из Альмадена (Испания) и Идрии (современная Словения). С момента изобретения амальгамации ртутью и до конца колониального периода испанская корона сохраняла монополию на производство и распределение ртути, обеспечивая стабильный источник королевских доходов. Колебания цен на ртуть обычно приводили к соответствующему увеличению или уменьшению производства серебра. Контроль короны над этими ценами мог использоваться для намеренного снижения или стимулирования производства серебра в испанских колониях.

Before being taken to the ingenio (amalgamation refinery), excess material would be broken off of the silver ore. At the refiner, it was ground to a fine sand (harina) by an arrastra or stamp mill, which consisted of a rotating shaft fitted with heavy iron stamps that crushed the ore against a mortar block. The harina was then placed in heaps of 2,000 lbs or more, to which was added salt, water, magistral (essentially an impure form of copper sulfate, CuSO4), and mercury. This was then mixed by bare legged Indian laborers or by horses or mules and spread in a 1 to 2 foot thick (0.30 to 0.61 m) layer in a patio (a shallow walled, open enclosure). After six to eight weeks of mixing and soaking in the sun, a complex reaction converted the silver to native metal, which formed an amalgam with the mercury. The mixture was then washed and strained through a canvas bag before being placed into a hooded oven. Heating this amalgam vaporized the mercury, leaving the silver. The mercury vapor would then condense on the cooled hood, where it could be collected and reused. The amount of salt and copper sulfate varied from one quarter to ten pounds of one or the other, or both, per ton of ore treated. The decision of how much of each ingredient to add, how much mixing was needed, and when to halt the process depended on the skill of an azoguero (English: quicksilver man). The loss of mercury in amalgamation processes is generally one to two times the weight of silver recovered. The patio process was the first form of amalgamation. However, it is unclear whether this process or a similar process—in which amalgamation occurred in heated vats rather than open patios—was the predominant form of amalgamation in New Spain, as the earliest known illustration of the patio process dates from 1761. There is substantial evidence that both processes were used from an early date in New Spain, while open patios were never adopted in Peru. Instead, Andean refiners placed milled ore in stone tanks vaulted over a fire, which helped accelerate amalgamation by mitigating the bitterly cold temperatures at the high elevation of the Andean mines. Both processes required that ore be crushed and refiners quickly established mills to process ore once amalgamation was introduced. Water mills were common in the Andes, powered by man made dams, while in New Spain, where water was relatively scarce, mills were often powered by horses or other draft animals. Due to amalgamation's reliance upon mercury, an expansion of mercury production was central to the expansion of silver production. A key source of mercury was at Huancavelica, Peru, where vast deposits were discovered in 1563. Additional mercury was sourced from Almadén, Spain, and Idrija in present day Slovenia. From shortly after the invention of mercury amalgamation to the end of the colonial period, the Spanish crown maintained a monopoly on mercury production and distribution, ensuring a steady supply of royal income. Fluctuations in mercury prices generally resulted in corresponding increases and decreases in silver production. Crown control over these prices could be used to intentionally depress or stimulate silver production in Spanish colonies.

Более широкое историческое значение

Введение амальгамации в переработку серебра в Америке не только положило конец кризису середины XVI века в производстве серебра, но и положило начало быстрому расширению производства серебра в Новой Испании и Перу, поскольку шахтеры теперь могли выгодно добывать руды более низкого качества. Кроме того, теперь стали рентабельными места, богатые рудой, но слишком изолированные от коренного населения или лесов для трудоемкой и требующей топлива плавки, как это было в случае с Потоси на территории современной Боливии. В результате этого расширения Америка стала основным производителем серебра в мире, а Испанская Америка до 1900 года производила три пятых мирового предложения серебра. Увеличение производства серебра благодаря введению ртутной амальгамации привело к увеличению спроса на рабочую силу. В Новой Испании горнорабочая сила первоначально обеспечивалась системой энкоменды или рабами-индейцами, прежде чем перейти к системе ротационного труда – репартимиенто, но к началу 1600-х годов большинство рабочих составляли индейцы, работавшие за свободную плату или находившиеся в долговой зависимости. Эти *набориос* были свободными, не прикрепленными индейцами, которые нанимались для обеспечения средств к существованию и оплаты. Испанцы, как правило, не доверяли *набориос* и обвиняли их в спекуляциях, краже руды, получении авансов и бегстве или в одновременном заключении контрактов с несколькими работодателями. Тем не менее, шахты в Новой Испании все больше полагались на *набориос*, которые составляли более двух третей шахтеров в регионе. Рабочие, набранные по системе репартимиенто, составляли примерно семнадцать процентов рабочей силы, а еще четырнадцать процентов – чернокожие рабы. По всей территории Испанских колоний белые мужчины обычно занимали должности надсмотрщиков или владельцев шахт. Введение амальгамации серебра позволило расширить производство серебра в Перу, что имело серьезные последствия для коренного населения Перу. С 1571 года, когда процесс амальгамации был внедрен в Андах, до 1575 года производство серебра в Перу увеличилось в пять раз. В 1572 году, чтобы обеспечить достаточное количество рабочей силы для расширения добычи серебра из руд более низкого качества, вице-король Франсиско Толедо организовал систему призыва индейцев на работу – миту. Эта система принудительного труда основывалась на *мита*, ротационном, взаимном трудовом обязательстве, существовавшем в доиспанском андском обществе. В рамках этой системы тысячи коренных жителей были вынуждены работать на серебряных и ртутных шахтах за заработную плату, не обеспечивающую средств к существованию. Тринадцать тысяч призывников в год работали на крупнейшей шахте в Америке, расположенной в Потоси на территории современной Боливии. Попытки коренного населения избежать *миты* привели к заброшенности многих индейских деревень по всему Перу, поскольку тысячи индейцев либо навсегда переехали в Потоси, либо бежали из своих традиционных *айлью* (общин), чтобы избежать принудительного труда. Испанская монополизация переработки посредством амальгамации отрезала коренных жителей от предприятия, которое ранее было преимущественно их сферой деятельности. Переработка представляла собой наиболее прибыльный сегмент производства серебра. В сочетании с *митой* исключение коренных жителей из владения перерабатывающими предприятиями способствовало превращению перуанских коренных жителей в низкооплачиваемую рабочую силу. Быстрое расширение производства серебра и чеканки монет – ставшее возможным благодаря изобретению амальгамации – часто рассматривается как основная причина ценовой революции, периода высокой инфляции, продолжавшегося с XVI по начало XVII века в Европе. Сторонники этой теории утверждают, что зависимость Испании от серебряных монет из Америки для финансирования ее значительного дефицита платежного баланса привела к общему расширению европейской денежной массы и соответствующей инфляции. Однако критики этой теории утверждают, что инфляция была на самом деле результатом политики европейских правительств и роста населения. Хотя роль расширения производства серебра в ценовой революции может быть спорной, это расширение часто признается ключевым фактором в формировании ранней современной мировой торговли. В 1530-х годах Китай постановил, что все внутренние налоги должны выплачиваться серебром, что стимулировало спрос на испано-американское серебро и способствовало развитию обширных торговых сетей, связывающих Европу, Африку, Азию и Америку, поскольку европейцы стремились получить доступ к китайским товарам.

The introduction of amalgamation to silver refining in the Americas not only ended the mid sixteenth century crisis in silver production, it also inaugurated a rapid expansion of silver production in New Spain and Peru as miners could now profitably mine lower grade ores. In addition, places that were rich in ore but too isolated from indigenous populations or forests for the labor and fuel intensive smelting method to be profitable, as was the case with Potosí in modern day Bolivia, were now viable. As a result of this expansion, the Americas became the primary producer of the world's silver, with Spanish America producing three fifths of the world's silver supply prior to 1900. Increased silver production due to the introduction of mercury amalgamation resulted in an increased demand for labor. In New Spain, mining labor was initially supplied by the encomienda system or by enslaved Indians before transitioning to a repartimiento rotating labor system, but by the early 1600s, the majority of workers were Indian free wage or debt peonage workers. These naboríos were free, unattached Indians who contracted themselves out for sustenance and payment. Spaniards tended to distrust naboríos and accused them of profiteering by stealing ore, taking advances and fleeing, or contracting themselves out to multiple employers at a time. Regardless, the mines in New Spain increasingly relied on naboríos, who constituted over two thirds of mine workers in the region. Repartimiento Indian workers made up roughly seventeen percent of laborers, with another fourteen percent composed of Black slaves. Throughout the Spanish colonies, white men typically took positions as supervisors or mine owners. The introduction of silver amalgamation allowed for an expansion of silver production in Peru that had profound consequences for Peru's native population. From 1571, the year the amalgamation process was introduced to the Andes, to 1575, Peru's silver production quintupled. In 1572, in order to provide sufficient labor to accommodate the expansion of silver mining to lower grade ores, Viceroy Francisco Toledo organized an Indian draft labor system, the mita. This system of forced labor was based on the mit'a, a rotating, reciprocal labor obligation instituted in pre Hispanic Andean society. Under this system, thousands of natives were forced to work in silver and mercury mines for less than subsistence level wages. Thirteen thousand draft laborers per year worked at the largest mine in the Americas, located at Potosí in modern Bolivia. Native attempts to avoid the mita led to the abandonment of many Indian villages throughout Peru as thousands of Indians either moved permanently to Potosí or fled their traditional ayllus in order to escape the labor draft. Spanish monopolization of refining through amalgamation cut natives out of what had earlier been a native dominated enterprise. Refining represented the most profitable segment of silver production. In conjunction with the mita, the exclusion of natives from owning refineries contributed to the transformation of Peruvian natives into a poorly paid labor force. The rapid expansion of silver production and coinage—made possible due to the invention of amalgamation—has often been identified as the primary driver of the price revolution, a period of high inflation lasting from the sixteenth to early seventeenth century in Europe. Proponents of this theory argue that Spain's reliance on silver coins from the Americas to finance its large balance of payments deficits resulted in a general expansion of the European money supply and corresponding inflation. Critics of the theory, however, argue that inflation was really a result of European government policies and population growth. While the role of the expansion in silver production in the price revolution may be disputed, this expansion is often acknowledged as a key ingredient in the formation of early modern world trade. In the 1530s, China decreed that all internal taxation must be paid in silver, driving demand for Spanish American silver and facilitating the development of extensive trade networks linking Europe, Africa, Asia, and the Americas as Europeans sought to gain access to Chinese wares.