Den arsen bronse er en legering hvori arsen tilsettes til kobber i stedet, eller i tillegg til tinn eller andre metalliske legeringselementer, for dannelse av bronse . Bruken av arsen med kobber, som et sekundært legeringselement eller sammen med en annen komponent som tinn, gir en legering som både er sterkere og viser bedre støpeegenskaper .
Da kobbermalm ofte er forurenset i sin naturlige tilstand av arsen, er bruken i arkeologi av begrepet "arsenbronse" generelt reservert for legeringer hvis masseprosent av arsen overstiger 1%, for å skille dem fra en mulig utilsiktet tilstedeværelse av arsen. .
| Malm | Kjemisk formel |
|---|---|
| Enargite | Cu 3 AsS 4 |
| Olivenitt | Cu 2 (ASO 4 ) OH |
| Tennantitt | Cu 12 Som 4 S 13 |
| Malakitt | Cu 2 (OH) 2 CO 3 |
| Azuritt | Cu 3 (OH) 2 (CO 3 ) 2 |
Selv om bruken av arsen bronse er oppført i verden ved de arkeologiske restene, den eldste gjenstanden var kjent for å date funnet på iranske platået og datert V th årtusen f.Kr.. AD . Arsen er til stede i et antall malmer som inneholder kobber (se tabellen overfor)), og det er derfor uunngåelig å forurense kobber med arsen. Det gjenstår å se hvor mye arsen bevisst ble tilsatt kobber, og hvor mye av bruken naturlig oppsto fra dets tilstedeværelse i kobbermalmene som deretter ble smeltet for å produsere metallet.
En mulig forklaring på hendelseskjeden innebærer å vurdere strukturen til avleiringer av kobbermalm, for det meste sulfider. Overflatemineralene ville ha inneholdt innfødte kobber og oksyderte mineraler, men det meste av kobber og andre mineraler ville blitt vasket bort dypere i malmkjernen , og dannet en sone med sekundær berikelse, inkludert mange mineraler som tennantitt , med arsen, kobber og jern . Dermed ville overflateavsetninger ha blitt brukt først, før dypere gruvedrift avslørte andre sulfider, som når de ble opparbeidet, hadde bedre egenskaper enn overflatemineraler.
Fra disse forskjellige malmene kan fire forskjellige metoder brukes til å produsere legeringer av arsenbronse:
Thornton et al. antyder imidlertid at metallurgister brukte en mer sofistikert prosess: de produserte bevisst arsenat av jern under smelting av kobber, med det formål å videreselge det eller bruke det til å produsere arsenbronse andre steder, ved direkte tilsetning til kobberet. smeltet kobber.
Artefakter laget av arsenbronse spenner over spekteret av metallgjenstander, fra akser til ornamenter. Produksjonsprosessen innebar å varme opp metallet i digler og helle det i stein- eller leirformer. Når den ble størknet, ble den polert eller, i tilfelle av økser og verktøy, arbeidet herdet ved å hamre, flate og styrke den. Sluttproduktene kan også graveres eller dekoreres på en passende måte.
Selv om arsen opprinnelig sannsynligvis ble blandet med kobber på grunn av sin tilstedeværelse i malm, har bruken fortsatt av forskjellige grunner. For det første fungerer arsen som en avoksideringsmiddel, og reagerer med oksygen i det varme metallet for å danne arsenoksider som fordamper og rømmer fra det smeltede metallet. Hvis en stor mengde oksygen er oppløst i flytende kobber, forårsaker avkjøling av sistnevnte intergranulær segregering av kobberoksid ved korngrensene og reduserer duktiliteten til sluttproduktet sterkt.
For det andre reagerer arsenbronse bedre på stivherding enn rent kobber, og danner derfor kniver og akser som er mer effektive for skjæring. Arbeidsherdekapasiteten øker med prosentandelen av arsen, og herding kan oppnås over et bredt temperaturområde uten frykt for sprøhet. De forbedrede egenskapene til arsenbronse kan sees fra 0,5 til 2 masseprosent av arsen, med en økning på 10 til 30% i hardhet og strekkfasthet.
For det tredje, når det tilsettes i passende proporsjoner, kan arsen gi det produserte produktet en sølvglans. Arsenikk-bronsedolker har blitt funnet i Kaukasus, så vel som andre gjenstander fra forskjellige regioner, og viser et arsenrikt overflatelag som veldig godt kan være det bevisste valget av datidens smeder. Meksikanske bjeller var også laget av kobber, med nok arsen til å gi dem et sølvfarget utseende.
Arsenbronse har blitt brukt av mange samfunn og kulturer, i forskjellige deler av verden. Det iranske platået , etterfulgt av tilstøtende Mesopotamia (som dekker territoriene til dagens Iran, Irak og Syria), presenterer de eldste sporene etter arsenikkbronsemetallurgi. Den sistnevnte har blitt brukt over en periode som strekker seg fra den IV th tusen frem til midten av II e tusen BC. AD, nesten 2000 år. Arseninnholdet varierer sterkt fra en gjenstand til en annen, så det er umulig å bestemme hvilken andel arsen som bevisst ble tilsatt, og hvilken andel som tilfeldigvis var til stede. Blant samfunnene som jobbet med arsenbronse, kan vi sitere akkaderne , innbyggerne i Ur og amorittene , som alle ligger rundt Tigris og Eufrat , og sentrene i det kommersielle nettverket som forplantet bruken av arsenbronse i hele Midt-Østen i bronsealderen.
Nahal Mishmar-skatten ( Judean-ørkenen , vest for Dødehavet ), datert til den kolkolittiske perioden , inneholder et stort antall arsenbronse (4-12% m arsen) og til og med kobbergjenstander. Arsen (mindre enn 0,5% m arsen) , laget ved hjelp av den tapte voksprosessen , noe som gjør den til det eldste kjente spor av bruk av denne komplekse teknikken. Carbon-14-dateringen av matten der gjenstandene ble pakket, antyder at den dateres til minst 3500 f.Kr. Det var i denne perioden bruken av kobber spredte seg over hele Østen, noe som vitnet om betydelig teknologisk utvikling parallelt med den store sosiale utviklingen som preget regionen. "
Sulfidavsetninger er ofte en blanding av forskjellige mineralsulfider, som kan inneholde kobber, sink, bly, arsen og andre metaller ( sphaleritt (ZnS), for eksempel, er ikke uvanlig i avleiringer av kobbersulfider, og det smeltede metallet vil da være messing , som er både hardere og mer holdbar enn bronse). Metallene kunne teoretisk skilles, men de resulterende legeringene var generelt mye sterkere enn metallkomponentene tatt individuelt.
Arsenbronse spredte seg langs handelsruter til det nordvestlige Kina, i Gansu og Qinghai-regionen , med kulturene Siba , Qijia og Tianshanbeilu . Det er imidlertid vanskelig å fastslå om arsenbronseartefaktene ble importert eller produsert lokalt, selv om sistnevnte mulighet er mer sannsynlig på grunn av mulig lokal utnyttelse av mineralressurser. På den annen side viser gjenstandene typologiske forbindelser med den eurasiske steppen.
Den kalcholitiske perioden i Nord-Italia, med kulturene Remedello og Rinaldone mellom 2800 og 2200 f.Kr. AD, så utviklingen av bruken av arsenbronse. Det ser ut til å være den vanligste legeringen i Middelhavsbassenget på den tiden.
I Sør-Amerika var arsenbronse den dominerende legeringen i Ecuador og det sentrale og nordlige Peru på grunn av de arsenrike malmene som ble funnet der. Derimot var de sentrale og sørlige Andesfjellene, sørlige Peru, Bolivia og deler av Argentina rike på tinnmalm (spesielt kassiteritt ), og brukte derfor ikke arsenbronse.
Den kulturen i Lambayeque , på nordvestkysten av Peru, er kjent for sine arsen bronse gjenstander, laget mellom 900 og 1350 CE. Arsenikkbronse og tinnbasert bronse eksisterte sammen i Andesfjellene, sannsynligvis på grunn av sistnevntes større duktilitet, slik at den lett kunne hamres i tynne tinnplater som var høyt verdsatt i samfunnet.
Arkeologiske levninger i Egypt , Peru og Kaukasus antyder at det ble produsert arsenbronse i lang tid parallelt med tinnbasert bronse . I Tepe Yahya ble bruken videreført i jernalderen for produksjon av pyntegjenstander og dekorative gjenstander, og demonstrerte dermed at det ikke bare var en rekke legeringer over tid, fra bedre nyere legeringer som erstattet eldre. Tinnbasert bronse har ingen reell metallurgisk fordel, og tidlige forfattere foreslo at arsenbronse gradvis forsvant på grunn av helseeffekten. Det er mer sannsynlig at dens forsvinning ved generell bruk er relatert til det faktum at legering med tinn gir støpegods med tilsvarende styrke, men ikke krever omfattende herding for å oppnå akseptabel styrke. Det er også sannsynlig at mer pålitelige resultater ble oppnådd med tinn, som kan tilsettes direkte til kobber i bestemte proporsjoner, mens det er betydelig vanskeligere å bedømme den presise mengden arsen tilsatt under produksjonsprosessen.
Den kokepunkt arsen er 615 ° C , slik at arsen oksyder unnslippe fra den smeltede blanding før eller under støping, og røyk fra branner som benyttes til gruvedrift og mineralbehandling har vært kjent siden lang tid for å angripe på øyne, lunger og hud.
Kronisk arsenforgiftning fører til perifer nevropati , som kan forårsake svakhet i ben og føtter. Det er antatt at dette faktum ligger bak legenden om hale smeder, som den greske guden Hephaestus .
Den velbevarte mumien til en mann som bodde rundt 3200 f.Kr. BC, funnet i Ötztal-Alpene , populært som Ötzi , viste høye nivåer av både kobber- og arsenpartikler i håret hennes. Det, sammen med øksen hvis blad er laget av 99,7% rent kobber, førte til at forskere spekulerte i at han var involvert i smelting av kobber.
Arsenbronse er lite brukt i moderne tid. Det ser ut til at den nærmeste tilsvarende er, ved navn, arsen kobber , dvs. kobber med mindre enn 0,5% m arsen, under den aksepterte terskelen for arkeologiske gjenstander. Tilstedeværelsen av 0,5% m arsen i kobber reduserer ledningsevnen til 34% av ren kobber, og til og med så lite som 0,05% m reduserer den med 15%. Det er derfor ikke etterspørsel etter arsenholdig kobber i for eksempel kraftkabler, en av de viktigste bruksområdene av kobber, og forbrenningskamre blir ikke lenger laget med denne legeringen, derfor et totalt fravær av moderne bruk.