Extragerea şi prelucrarea minereurilor

Metalul a intrat în viaţa omului În timpul epocii pietrei, în mod indirect, prin intermediul fragmentelor de minereuri intens colorate, precum malachitul, azuritul sau hematitul, apreciate iniţial pentru aspectul lor şi ulterior, pentru posibilitătile pe care le ofereau la realizarea picturilor rupestre.

Folosirea directă s-a produs ceva mai târziu, prin prelucrarea la rece a fragmentelor de metal nativ, care erau modelate cu ajutorul unui percutor de piatră, în acest stadiu metalul fiind socotit doar o rocă mai deosebită. Ulterior s-a observat, accidental, că la o anumită temperatură malachitul setransformă ireversibil Într-un material foarte asemănător cu cel care era prelucrat prin batere.

Începutul prelucrării metalelor se situează la începutul mileniului 7 î. H. în Anatolia. În mileniul 4 î. H. tehnologia se înnobilează cu cupru şi apoi bronz. Se înregistrează o serie de cuceriri tehnice: prelucrarea la cald, ştiinţa dozării compoziţiei pentru a se realiza un aliaj standard. Din mileniul 3 începe folosirea şi a altor metale: argintul şi fierul.

Metodele folosite pentru exploatarea zăcămintelor metalifere sau a minelor de metal nativ au variat în funcţie de adâncimea la care se găsea minereul, de tipul de depozit în care se afla şi de epocă. Extractia minereurilor se banuieşte a se fi facut prin incendierea zacamântului şi stropirea lui cu apa. Dupa incendiere şi stropire, datorită şocului termic,  apareau fisuri în roca şi se puteau face cu mai multa uşurinta puturi verticale pentru extractie, eventual şanturi (pseudo-galerii) cu adâncimi ce puteau ajunge la 20 m sau chiar 40-42 m, cum s-a constatat la Kargaly, în zona Uralilor.

La începutul prelucrării metalelor erau preferate depozitele aluvionare şi filoanele de metal nativ sau zăcămintele de minereuri aflate la suprafaţa solului. Numai după ce aceste surse au fost epuizate, in masura in care cererea de metal a crescut, au fost puse la punct şi tehnicile de reducere a minereurilor, dezvoltând astfel mineritul propriu-zis.

Cele mai vechi mine sunt din chalcoliticul timpuriu, descoperite in nordul Peninsulei Balcanice, la Rudna Glava (NE Serbiei) şi constau in puturi verticale. Minereul era constituit din malachit şi un procent de arsenic. In chalcoliticul tarziu au fost exploatate bogate depozite de la Aibunar, Christene, Timniaca şi Prochorovo. Este vorba de un minerit in adevaratul sens al cuvantului, existand galerii dispuse paralel, masurand intre 80-110 m si adanci de 15-20 m.

Minereurile s-au extras cu ajutorul unor unelte relativ simple – unelte din corn (picuri) sau topoare-ciocan.

Exploatarea minereurilor din antichitatea orientală este cunoscută atâtdin izvoarele scrise cât şi din arheologie. Progrese s-au făcut în exploatarea minereurilor abia în perioada extinderii stăpânirii romane în zone bogate în minereuri prin introducerea unor mijloace mecanice cel puţin pentru unele operaţiuni. Pe de altă parte, dimensiunile puţurilor şi a galeriilor sunt reduse astfel încât săparea lor să nu pretindă un timp şi un efort îndelungat. Concomitent, munca în subteran a fost uşurată prin folosirea animalelor (la tracţiune). Pe lângă aramă, în Imperiul Roman au fost extrase plumbul, arsenicul, mercurul şi cositorul.

În epoca bronzului şi în Hallstatt numărul locurilor de exploatare a aramei sporeşte iar procedeele devin mai complicate. Vechi mine au fost identificate in Ciclade, Cipru, Irlanda, Europa Centrala etc. La Mitterberg, pe baza observatiilor s-au putut reconstitui procedeele de exploatare a minereului de arama. Atacarea zăcământului se făcea de pe platforme amenajate, iar tehnica consta in turnarea apei peste roca înfierbântată şi desprinderea minereului pornind de la fisurile obţinute prin procedeul amintit. Accesul in galerii si puturi era uşurat de scari scobite in trunchi de copac. Calcule aproximative au dus la concluzia ca aici işi desfasurau activitatea aproximativ 40 de mineri, 60 taietori de lemne, 30 persoane care efectuau transportul minereului la locurile de prelucrare şi 20 de metalurgişti.

Studiile au permis identificarea celor mai vechi mine şi au uşurat reproducerea procedeelor de reducere a minereului. Cuptoarele de redus minereul de aramă sau fier au o parte îngropată în sol (o groapă de formă ovală sau rotundă) şi o suprastructură cilindrică sau tronconică la suprafaţa solului, adaptată la folosirea unui procedeu de activare a circulaţiei oxigenului (orificii pentru montarea foalelor).

În Polonia la Rudki s-a descoperit cel mai mare complex metalurgic din lume, constând din aproximativ 4000 cuptoare de reducere. A permisstabilirea aici a unor criterii de structură şi capacitate. Se cunosc şi cuptoare construite la nivelul solului şi având o cupolă în formă de clopot. Prezintă avantajul că pot fi folosite de mai multe ori.

Prelucrarea minereului de cupru Înainte de reducere, minereurile extrase treceau pin mai multe operatiuni: spalarea, pentru eliminarea componentilor pamântoşi, maruntirea, măcinarea şi prajirea, pentru deshidratare şi eliminarea componentilor pamântosi care mai ramâneau dupa spalare. Prajirea se realiza pe vetre deschise. Măcinarea se făcea cu ajutorul unor zdrobitoare şi râşniţe din piatră.

Procesul de reducere poate fi reconstituit prin analogie cu reducerea minereului de fier, practicata mai târziu şi de pe urma careia s-au pastrat mai multe cuptoare de redus caci, în timp, fusesera aduse noi perfectionari, care permiteau recuperarea lupei de fier, fara a mai fi necesara distrugerea cuptorului. Cuptoarele (furnalele) trebuie ca aveau peretii grosi, din piatră şi lut si erau, mai mult sau mai putin, adâncite în sol. Erau de forma cilindrica sau tronconica şi erau prevazute cu o gură de alimentare în partea superioară şi o perforatie în partea inferioara, prin care se introduceau foalele pentru activarea arderii cu oxigen. Foalele se compuneau din burdufuri de piele, terminate cu o teava din lut, care era întrodusa în orificiul cuptorului. Cuptorul era umplut cu straturi succesive de minereu şi combustibil (carbune de lemn, numit mangal).

Avea loc o ardere oxidantă care era întreţinută iniţial de cărbune, apoi de sulful conţinut în minereu. Această primă ardere avea ca scop eliminarea sulfului. Se obţinea un produs metalurgic intermediar între minereu şi produs finit, numit mată, care conţinea sulfuri. Primii care se topeau şi se zgurificau erau componentii pamântoşi care se scurgeau şi se depuneau la baza cuptorului. În partea superioară se forma o turtă de cupru, care, după răcire, era recuperată prin spargerea cuptorului.Temperatura de reducere se ridica la 600-900 de grade.

Dupa reducere, cuprul era  turnat în tipare de lingouri, piese semibrute care se îndreptau spre atelierele de turnare a pieselor finite sau puteau fi destinate schimbului la mari distante.Marile lingouri de cupru oxidate ce cantăresc 30-38 kg sunt o excepţie de la asta şi s-ar putea presupune că in China se produceau lingouri de mărimi comparabile. Britania şi alte ţări europene se pare că au produs lingouri ce cîntăreau doar 2-4 kg, în cuptoare mici. Doar în perioada romană aceste lingouri ajung la greutăţi de 20 kg.

Obtinerea fierului

Civilizatiile preistorice au prelucrat fierul meteoritic cu mult înainte de a fi învăţat să utilizeze minereurile feroase superficiale. Sumero-acadienii au cunoscut la început fierul meteoritic.

Meteoritii sunt din punct de vedere metalurgic aliaje de fier şi nichel (ne referim la meteoriţii de natură feroasă) având şi alte elemente însoţitoare. Acest aliaj avea o plasticitate destul de bună la temperaturi obişnuite, ceea ce a făcut posibilă transformarea lui în lame de cuţit, vârfuri de săgeţi şi alte obiecte. Insa acesta era destul de greu de procurat.

Din antichitate şi pana in Evul Mediu, una din cele mai raspandite metode de a obtine fierul se baza pe reducerea minereurilor de fier cu carbuni sau mangal in vetre deschise. Cea mai primitiva vatra deschisa era o groapa practicata in sol, de forma conica şi necaptuşita, in care se introduceau bucati de minereu in amestec cu carbuni. Deasupra acestui amestec se aseza un strat de carbuni inrositi, in care se sufla aer cu o teava ceramica, legata de foale. Metoda folosita in acest caz era foarte asemanatoare cu cea aplicata la arderea obiectelor ceramice, de unde se crede ca a fost imprumutata. In acest caz nu se asigura decat reducerea minereului de fier in faza solida (sub 1100 grade).

O a doua metoda de obtinere a fost in cuptoare verticale, cu tiraj. Acestea aveau doua canale rectangulare, unul orizontal şi unul vertical, sapate de obicei in flancul unei pante abrupte. Minereul şi carbunii se incarcau in canalul vertical, canalul orizontal servind ca gura de aer şi orificiu pentru evacuarea produselor rezultate. Cuptorul era zidit din piatra şi captuşit cu argila şi rezultatele lui depindeau in mare masura de calitatea tirajului obtinut. S-a ajuns la o creştere a temperaturii la mai mult de 1100 grade, care a favorizat un inceput de topire a sterilului din minereu impreuna cu cenuşa carbunilor. Fierul rezultat era inglobat intr-o masa mai mare sau mai mica de zgura, in functie de continutul steril al minereului.

O varianta mai perfectionata pentru extragerea fierului era practicata de celti. Cuptoarele folosite in acest scop aveau inaltimea unui om. Ele erau deschise in partea din fata si in loc de carbuni se utiliza mangal. Mai intai se introduceau trei straturi de minereu, separate intre ele prin straturi de mangal. Aproape de nivelul solului, pe peretii cuptorului erau practicate cateva orificii pentru suflarea aerului. Acesta era adus cu ajutorul unor tevi ceramice, care intrau in orificiile mentionate. Se folosea un tiraj fortat cu ajutorul unor foale confectionate din piele de animal. Lupele obtinute la baza cuptorului aveau marimea unu cap uman.

Astfel de produse au fost denumite lupe si ele ajungeau de obicei la dimensiunea de 40-50 mm. Dupa ce erau evacuate din cuptor şi racite, zgura era indepartata prin ciocanire. In continuare, lupele erau incalzite şi sudate intre ele prin batere cu ciocanul, rezultand o bucata mai mare de fier, din care ulterior se confectionau, prin forjare, obiecte sau arme.

Extragerea metalelor preţioase Aurul era folosit încă din antichitate. În epoca fierului şi a bronzului aurul are rol totmai important în sublinierea ierarhiei sociale. Devine tezaur şi tot mai puţini indivizi au acces la el. Utilizarea timpurie a aurului se explică prin uşurinţa cu care el este extras şi prelucrat. Dintre cele mai întinse complexe ce conţineau aur sunt cimitirele eneolitice din Slovacia şi Albania.

Din preistorie şi până în epoca romană a fost folosit aurul nativ (filon, pepite sau grăunţe) în depozite aluvionare. Se obţine prin spălarea nisipului aurifer sau prin pulverizarea rocii extrase. Mai dificil este de precizat zona de provenienţă a aurului prelucrat în diferite zone ale globului. Doar în epoca romană se constată progrese importante în tehnica prelucrării aurului, prin perfecţionarea metodelor de rafinare şi aplicarea unor tehnici hidraulice mai perfecţionate (roţi de apă şi apeducte). Romanii realizează şi o organizare perfectă a activităţii şi obişnuiesc folosirea unor meşteri calificaţi.Argintul se întâlneşte rar în stare nativă căci este perisabil. La început se separa argintul din galenă (sulfură naturală de plumb). Din mileniul IV î. H. s-au descoperit obiecte din argint în spaţiul Anatolo-Sirian, sporadic şi descoperiri din mileniul VI î. H., ceea ce dovedeşte că prelucrarea argintului era în strânsă dependenţă cu prelucrarea plumbului şi anterioară aurului.

Ciubotaru Silviu-AndreiAnul I, Grupa B