سرباره

بی شک یکی از مهمترین عناصر آلیاژکننده در دنیای باستان، عنصر آرسنیک است که نقش مهمی در دست ساخته های آلیاژهای اوایل عصر برنز را ایفا کرده است. آلیاژهای مس آرسنیکی و برنزهای آرسنیکی بی تردید به عنوان یک آلیاژ ساخته شده دست بشر از جایگاه ویژه ای در بین باستان شناسان و محققان فلزگری کهن، برخوردار است. آرسنیک به عنوان یک عنصر آلوده کننده و ناخالصی در تمام محیط به صورت پراکنده وجود دارد و فلزگر باستان با توجه به معایب و مضرات این عنصر برای اهداف آیینی و کاربردی، در تولید آلیاژ مس آرسنیکی استفاده کرده است. آرسنیک به عنوان یک عنصر چالش برانگیز در ساخت این آثار و همچنین ویژگی های خاصی که در سطح این آثار ایجاد می نماید، ظاهر می گردد که از مهمترین ویژگی این عنصر در ریخته گری، ایجاد جدایش معکوس در سطح این آثار است که ایجاد پدیده عرق آرسنیک در این آلیاژها می نماید. مواد معدنی اولیه مورد استفاده در ساخت این آلیاژها اولوینیت Cu2(AsO4)(OH) یا کیلنوتیس Cu3(AsO4)(OH)، سولفور آرسنید آهن FeAsS و انارژیت Cu3AsS4 هستند که یا به صورت احیاء مستقیم یا به روش ذوب همزمان Co-Smelting مورد استحصال قرار گرفته اند، و یا اینکه آرسنیک به صورت آگاهانه از طریق Speiss، در تولید آلیاژ مس آرسنیکی در هزاره سوم مورد استفاده قرار گرفته است. از استحصال این فلزات چندین محصول دیگر همراه با ذوب همزمان که شامل مات Matt، اشپایس Speiss و سرباره Slag است، ایجاد می شوند. هدف اصلی این مقاله با توجه به اهمیت موضوع آلیاژهای مس آرسنیکی در حوزه باستان شناسی و بررسی های فلزگری کهن، ارائه یک بررسی جامع در مورد روش های استحصال، ویژگی های فیزیکی این آلیاژها و نقش آرسنیک و تاثیر آن به عنوان عنصر آلیاژی در شکل گیری سطح نقره ای و همچنین محصولات جانبی دیگر به عنوان موضوعی پراهمیت در بررسی آلیا ژهای اوایل عصر برنز، پرداخته شده است.

خراسان جنوبی را می توان به دلیل قرارگیری در موقعیت خاص زمین شناسی، بهشت معادن شرق کشور نامید. مطالعات و پژوهش های باستان شناختی انجام گرفته در حوزه جغرافیایی استان خراسان جنوبی در قالب بررسی های میدانی، کاوش باستان شناسی- و داده های بدست آمده از آنها - بیانگر آن است که این منطقه از شرق کشور نیز از پیشینه ی بسیار کهنی در زمینه ی فلزگری برخوردار می باشد. مقاله ی حاضر بخشی از طرح پژوهشی" بررسی نظامند باستان شناسی بخش شوسف شهرستان نهبندان" می باشد که در تیرماه سال جاری توسط نگارندگان انجام و منجر به کشف و  شناسایی 110 محوطه تاریخی ارزشمند گردید که از این تعداد، 17 محوطه کهن ذوب فلز (3 مرکز در دهستان شوسف و 14 مرکز در دهستان عربخانه) در این منطقه کشف گردید. در نتیجه مطالعات میدانی صورت گرفته شواهدی از معدن کاری و فلزکاری کهن، بقایای کوره ها و محل های انباشت سرباره های ذوب فلز مشاهده، ثبت و ضبط گردید. در این پژوهش، با روش بررسی پیمایشی با شیوه مکان نگاری و طیف ژرفانگر یا فشردهRandom Sampling)  ( به معرفی 4 مرکز کهن ذوب فلز در دو دهستان شوسف و عربخانه پرداخته خواهد شد.

محوطه های سرباره ای موردمطالعه در شهرستان خاتم، استان یزد واقع شده اند. در بررسی های باستان شناسی شهرستان خاتم در سال ۱۴۰۰ه .ش.، 12 محوطه ذوب فلز ازطریق فراوانی سرباره های فلزی شناسایی شدند و هر یک از محوطه ها نمونه برداری شدند. روش پژوهش شامل مطالعات تاریخی، بررسی های میدانی باستان شناس، و تحلیل های آزمایشگاهی (پتروگرافی و آنالیز شیمیایی به روش XRF) بوده است. نتایج پتروگرافی نشان داد که ۱۱ محوطه به ذوب فلز آهن و تنها یک محوطه (معدن سید نظری) به ذوب فلز مس اختصاص دارد. در سرباره های آهنی، کانی های وستیت، مارکاسیت، هماتیت و مگنتیت شناسایی شدند که وستیت و مارکاسیت به عنوان محصولات فرآیند کوره ذوب و هماتیت و مگنتیت به عنوان کانی های اولیه حضور دارند. در سرباره مسی، وزیکول های کوچک حاوی کانی های مس (کوولیت، دیجنیت و مس فلزی) همراه با بخش شیشه ای جریانی سبز رنگ مشاهده شد که نشان دهنده حرارت بالای کوره ذوب (حدود ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد) است. آنالیز شیمیایی XRF نشان داد که مقدار Fe₂O₃ در سرباره های آهنی بین ۲3/۲0 تا 25/74% و SiO₂ بین 22/0 تا 12/6% متغیر است. میزان CaO بین 59/3 تا 41/28% می باشد. کمبود سیلیس و کربنات در برخی سرباره ها نشان دهنده غلظت بالای آهن و کیفیت پایین تر آهن اسفنجی تولیدشده است. نتایج حاکی از آن است که فلزگران منطقه عمدتاً به تولید آهن از طریق فرآیند احیای مستقیم پرداخته اند. هم چنین، با توجه به وجود معادن سنگ آهن در فواصل ۸ تا ۱۵ کیلومتری محوطه ها، احتمالاً مواد خام از این معادن تأمین شده است. محوطه ها براساس سفال های یافت شده به دوره های تاریخی و اسلامی منسوب شده اند.

محوطه ذوب فلز روی بهاباد، واقع در ۷۱ کیلومتری شمال بهاباد در استان یزد ایران با مساحت ۲۲۰ مترمربع و در کمربند فلز_زایی طبس-پشت بادام، یکی از مراکز متالورژی باستانی محسوب می شود. این پژوهش با هدف شناسایی نوع فلز استخراج شده، بررسی فرآیندهای متالورژیکی و بازسازی فناوری های به کاررفته، از طریق تحلیل پتروگرافی و ژئوشیمیایی میخ های سفالی و سرباره های کوره انجام شده است. از محوطه، ۳۰ نمونه میخ سفالی و ۲۰ نمونه سرباره جمع آوری شد که از هر گروه، پنج نمونه برای مطالعات پتروگرافی و آنالیز شیمیایی به روش(ICP-OES) انتخاب شدند. نتایج پتروگرافی نشان داد که میخ های سفالی، ساخته شده از خاک رس پخته، دارای بافت پورفیری با حدود ۲۰ % کوارتز و مقادیر اندک کلسیت هستند، در حالی که سرباره ها حاوی فایالیت (Fe₂SiO₄)، ملیلیت، پیروکسن و وستیت (FeO) بوده و شرایط احیایی و دمای بالای ذوب را تأیید می کنند. آنالیز شیمیایی، حضور میانگین ۱.۲۱ % ZnO در میخ ها را نشان داد که نقش آن ها را در جمع آوری بخارات روی به صورت توتیا (ZnO) پس از قرن ها تأیید می کند. سرباره ها با میانگین ۳.۷۴ % ZnO، بیانگر استخراج ناکامل روی هستند. غلظت پایین سرب (۶۶۹ ppm در میخ ها و ۳۱۵ ppm در سرباره ها) و گوگرد (۱۰۵۳ ppm در میخ ها و ۳۶۱ ppm در سرباره ها) استفاده از کانی های اکسیدی مانند اسمیتسونیت (ZnCO₃) یا همی مورفیت را به جای سولفیدهایی نظیر اسفالریت (ZnS) نشان می دهد که با کمربند فلز_زایی سرب-روی کانسارهای اکسیدی منطقه هم خوانی دارد. برای استحصال روی، از کوره های دوطبقه استفاده می شد که شامل طبقه زیرین برای حرارت دهی به سنگ معدن و طبقه بالایی با صفحه ای مشبک از جنس رس بود. روی این صفحه، میخ های سفالی (با طول ۱۰ تا ۲۰ سانتی متر و قطر ۲ تا ۴ سانتی متر) قرار می گرفتند و فرآیند تقطیر صعودی را تسهیل می کردند. این فناوری در مقایسه با روش تقطیر نزولی هند (با استفاده از اسفالریت و کوره های مربعی شکل) و روش تقطیر صعودی چین (با کندانسور و کوره های مستطیلی) متمایز است و نوآوری بومی ایران را با بهره گیری از زغال چوب به عنوان سوخت و میخ های سفالی به عنوان ابزار اصلی نشان می دهد. این پژوهش بر انطباق این فناوری با شرایط محلی و اهمیت آن در تاریخ متالورژی جهانی تأکید دارد.