Metalurgia bronzului in epoca bronzului si a fierului

METALURGIA BRONZULUI IN EPOCA BRONZULUI SI A FIERULUI

Practicarea metalurgiei bronzului de catre o populatie presupune :

1. Existenta minereurilor de cupru si a altor minereuri care contin cositor sau un inlocuitor al acestuia;

Posibilitatea de a depista aceste minereuri;

3. Cunoasterea tehnologiilor de exploatare a minereurilor

Executarea unor operatii preliminare reducerii;

5. Reducerea minereurilor pentru obtinerea cuprului;

Alierea, innobilarea cuprului cu alte metale (cositor=staniu, antimoniu, arsen, plumb);

Turnarea aliajului in tipare pentru obtinerea pieselor

Acestea ar fi conditiile si operatiile care trebuiesc cunoscute. Totusi exista zone care nu detin minereuri, nu le exploateaza, nu le reduc si totusi ele au creat piese originale din bronz, apeland la importul de materii prime.

Centrele de inventie a metalurgiei sunt Anatolia, Iranul, China, Tailanda si America. Initial s-a practicat, incepand din mil. 7, prelucrarea la rece a cuprului nativ prin ciocanire, iar din mil. 5 in Anatolia (la Can Hasan) incepe a se prelucra arama la cald, prin turnarea in tipare. Primele bronzuri sunt de fapt pseudo- bronzuri pentru ca sunt aliaje care contin, in loc de staniu, arsen. Ele apar pentru prima data in zona caucaziana si in Anatolia. Se crede ca primele bronzuri sunt aliaje intamplatoare, deoarece in natura se gasesc minereuri care contin si cupru si arsen. Aceste minereuri puteau fi lesne depistate deoarece arsenul emana un miros tipic, asemanator usturoiului. Este posibil ca un centru independent de inventie a metalurgiei bronzului sa fi existat si in Franta unde se cunosc pseudo-bronzuri timpurii, care sunt aliaje ale cuprului cu antimoniul, in zona Frantei fiind frecvente asocierile naturale in minereuri de cupru cu antimoniu. Pe teritoriul Romaniei, primele bronzuri arsenizate apar in epoca de tranzitie de la neolitic la epoca bronzului, deci post 3500, fiind piese de import din zona caucaziana, aduse in spatiul nostru de populatiile nomade, estice.

MINEREURILE SI EXTRACTIA LOR

Cuprul se gaseste in stare nativa sau sub forma unor minereuri, in combinatie cu alte elemente chimice, sub forma de oxizi, sulfuri, etc. Pot fi enumerate :

1. Cupritul=oxid de cupru- Cu₂O

2. Calcozina= sulfura de cupru-Cu₂S

3.Calcopiritul=sulfura de cupru si fier-Cu FeS₂

4.Malachitul=carbonat bazic de cupru -Cu₂(OH)₂CO₃

5.azurit, bornit, brochantit, covelina, cubanitul, tenoritul, tetraedritul

Minereurile de cupru exista in multe zone din Europa, dar din pacate, chiar daca ele au fost exploatate in preistorie, azi nu mai exista dovezile ca ele au fost exploatate deoarece exploatarile ulterioare, adica din epoca romana, medievala sau moderna, au distrus, de obicei, urmele de exploatare preistorica. In Romania exista minereuri de cupru in Banat , in Muntii Banatului (Moldova Noua, Ciclova Romana) si Poiana Rusca (Ruschita) , in Oltenia-Baia de Arama , in Moldova-Fundu Moldovei, in Apuseni, in Dobrogea-malachit la Altin Tepe, in SE Transilvaniei-zona Ciuc-Harghita (Balan), in Maramures. La sud de Dunare in Muntii Miro si Stara Planina sunt atestate rezerve bogate de minereuri de cupru. Este important ca exista si cupru nativ in Banat, la Dognecea, Moldova Noua, Oravita, Sasca Montana, dar si la sud de Dunare la Majdanpeck, Reskovica, Rudna Glava , care puteau fi folosite in conditiile in care unele populatii nu detineau o tehnologie avansata, care sa le permita reducerea minereurilor complexe.

Staniul sau cositorul se gaseste in natura sub forma de casiterit, un oxid al staniului, dar este o materie prima deficitara in Europa. Este probabil motivul pentru car s-au folosit pentru innobilarea cuprului alte metale. Rezerve de casiterit sunt atestate in Franta-Bretagne, Anglia de SV, Saxonia si Boemia. La noi nu exista acest minereu decat sub forma unor vagi urme in Muntii Apuseni.

Arsenul (nr. atomic 33) se gaseste in stare nativa sau in combinatii cu sulful, cum ar fi realgarul (culoare portocalie), arsenopiritul sau auripigmentul (sulfura de arsen, culoare aurie). Arsenul nativ este atestat la Oravita si Ciclova Romana, in Banat, iar sub forma de compusi exista tot in Banat, dar si in NE Serbiei (Rudna Glava).

Antimoniul sau stibiul se gaseste in natura sub forma unor compusi, cel mai important fiind stibina, o sulfura de antimoniu. Cele mai importante resurse se gasesc in Maramures.

Plumbul se gaseste in natura sub forma de sulfuri, cea mai importanta fiind galena-PbS.

1. DEPISTAREA MINEREURILOR

Pentru a putea fi exploatate, minereurile trebuia mai intai depistate. Este foarte probabil ca erau cautate filoanele de suprafata, care apoi erau deosebite si alese in functie de culoare, fiecare avand una specifica: malachitul-verde, azuritul-albastru, calcopirita-aurie, cupritul-rosu. Minereurile cu continut de arsen ar fi putut fi identicate datorita mirosului lor puternic de usturoi.

2. EXTRACTIA MINEREURILOR

Tehnicile de exploatare a minereurilor sunt relative greu de reconstituit. Pentru Romania nu exista nici o dovada directa de exploatare preistorica.Un eventual indiciu indirect ar putea fid oar un ciocan prehistoric din piatra descoperit intr-o mina aurifera de la Caraci. Exista putine exceptii pentru Europa, din Tirolul austriac, la Mitterberg unde este dovedita o exploatare preistorica sau din Serbia (Rudna Glava) si Bulgaria(Aibunar), ambele din neolitic. Pornind de la constatarile de aici, dar si de la unele surse scrise din antichitate (Caesar, spre exemplu, care a consemnat modul cum se exploatau minereurile in Galia) procedeele de exploate pot fi totusi banuite. Cu siguranta, oamenii si-au valorificat experienta dobandita la extracerea silexului. Problema era ca majoritatea filoanelor de minereu de cupru se aflau la adancime. Mai lesne de exploatat par a fi fost filoanele de la Moldova Noua, Ciclova, Sasca si Dognecea, care prezentau avantajul ca, uneori, erau la mica adancime.Extractia minereurilor se banuieste a se fi facut prin incendierea zacamantului si stropirea lor cu apa sau cu un acid (acidul acetic=vin). Un indiciu in acest sens ar fi marturiile lui Caesar pentru exploatarile din perioada pre-romana din Galia.Ca atare puteau fi exploatate doar zacamintele de suprafata. Dupa incendiere si stropire, datorita socului termic, apareau fisuri in roca si se puteau face cu mai multa usurinta puturi verticale pentru extractie, eventual santuri (pseudo-galerii) cu adancimi ce puteau ajunge la 20 m sau chiar 40-42 m, cum s-a constatat la Kargaly, in Uralilor. Puturile verticale sunt atestate in NE Serbiei, la Rudna Glava unde se exploatau inca din chalcolitic malachitul, care avea in componenta arsen. Alte exploatari minere se cunosc la Aibunar, langa Stara Zagora, in Bulgaria, unde s-a exploatat azuritul si malachitul la nivel de Karanovo VI (Gumelnita). La Mitterberg sunt cunoscute puturi si santuri prevazute cu sisteme de ventilatie, care au fost consolidate cu scanduri din lemn, iar dupa exploatare au fost umplute cu muschi si lut spre a impiedica prabusirea pertilor. Iluminarea se facea cu ajutorul tortelor, coborarea era asigurata de scari din lemn, iar scoaterea la suprafata a minereului se facea cu ajutorul unor saci, chiar si acestia conservati.Calculele au relevat ca se foloseau 40 de mineri, asistati de 30 de muncitori care asigurau transportul spre locul de reducere aflat destul de aproape. Pentru exploatare se foloseau picuri din corn . Santurile sunt atestate in zona asiatica, in mai multe situri din Tadjikistan si, cum am precizat deja, la Kargaly. Tot din Tadjikistan se cunosc topare de minerit neslefuite din piatra dura. Pana in epoca romana nu sunt atestate galeriile subterane.

3. OPERATII PRELIMINARE REDUCERII

Inainte de reducere, minereurile extrase treceau pin mai multe operatiuni :spalarea pentru eliminarea componentilor pamantosi, maruntirea, macinarea si prajirea pentru deshidratare si eliminarea componentilor pamantosi care mai ramaneau dupa spalare. Prajirea se realiza pe vetre deschise. Astfel de vetre sunt atestate p cetatea nr. 1 de la Naeni, jud. Buzau, din arealul culturii Monteoru. Macinarea se facea cu ajutorul unor zdrobitoare si rasnite din piatra.

4. REDUCEREA

Procedeele concrete de reducere pot fi cu greu deduse deoarece nu s-au pastrat cuptoare pentru reducerea minereului de cupru, fapt explicabil pentru ca cuptoarele de reducere erau utilizate o singura data, dupa care erau distruse pentru a putea fi recuperat metalul. Nici macar cuptoare distruse nu se cunosc, datoria faptului ca ele erau cu siguranta amplasate departe de asezari, in apropierea locurilor de extractie, de cele mai multe ori zone cu relief inalt, greu de identificat prin cercetari de suprafata. Amplasarea in apropierea locurilor de extractie era justificata caci randamentul la reducere era destul de scazut si trebuiau foloste cantitati foarte mari de minereu pentru obtinerea unor cantitati mici de cupru. Mijloacele de transport, carele, nu puteau face fata canitatilor foarte mari de minereu. In plus era nevoie si de cantitati mari de combustibil care intretinea arderea, mult mai lesne de procurat in locurile de extractie, caracterizate, de obicei, prin relief inalt, cu peisaj silvestru. Se cunosc cuptoare de redus minereul doar accidental de la Agados in Niger, databile in jur de 2000, de la Abu Matar, langa Beersheba, in Israel, de la Vučedol, din Serbia, de la Mitterberg, Ramsau si Mühlbach din Austria, de la Bedollo, din Italia si de la Aegina Kolonna. Procesul de reducere poate fi reconstituit prin analogie cu reducerea minereului de fier, practicata mai tarziu si de pe urma careia s-au pastrat mai multe cuptoare de redus caci, in timp, fusesera aduse noi perfectionari, care permiteau recuperarea lupei de fier, fara a mai fi necesara distrugerea cuptorului.Cuptoarele (furnalle) trebuie ca aveau peretii grosi, din piatra si lut si erau mai mult sau mai putin adancite in sol. Aveau o forma cilindrica sau tronconica si erau prevazute cu o gura de alimentare in partea superioara si o perforatie in 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 introdusa in orificiul cuptorului. Cuptorul era umplut cu straturi succesive de minereu si combustibil (carbune de lemn=mangal). Avea loc o ardere oxidanta care era intretinuta initial de carbune, apoi de sulful continut in minereu. Aceasta prima ardere avea ca scop eliminarea sulfului. Se obtinea un produs metalurgic intermediar intre minereu si produs finit, numit mata, care continea sulfuri. Primii care se topeau si se zgurificau erau componentii pamantosi care se scurgeau si depuneau la baza cuptorului. I partea superioara se forma o turta de cupru, care, dupa racire, era recuperata prin spargerea cuptorului.Temperatura de reducere se ridica la 600-900 de grade.

Dupa reducere, cuprul era turnat in tipare de lingouri, piese semibrute care se indreptau se atelierele de turnare a pieselor finite sau puteau fi destinate schimbului la mari distante. Astfel de lingouri se cunosc sub forma de piele de bou in lumea egeeana, topoare bipene sau torquesuri in Europa Centrala, bare in Germania. In Franta au circulat lingouri de plumb sub forma de topoare. De multe ori, in spatiul nostru, materia prima a circulat sub forma de turte din bronz plan-convexe. Se cunosc, de asemenea bare de costior. Nu este exclusa nici posibilitatea ca secerile sa fi fost tot un fel de lingouri. La aceasta supozitie s-a ajuns datorita faptului ca cele mai multe seceri din depozite nu au urme de folosire, iar numarul pieselor descoperite in asezari este extrem de redus. Sub forma de lingouri a circulat atat bronzul, cat si metalele nealiate:cuprul, plumbul, cositorul.

5. ALIEREA-ANALIZE METALOGRAFICE

Din pacate, prea putine piese descoperite in spatiul actual al Romaniei au sost supuse unor analize metalografice care sa le puna in evidenta compozitia. Analizele chimice si spectrale ale pieselor din bronz sunt extrem de importante, pentru ca, cu ajutorul lor, pot fi denisate zonele de extractie sau atelierele producatoare. Primele analize chimice s-au facut la sf. sec. 19. La noi sunt destul de putine analize pe piese din bronz facute in anii 30 ai sec. XX de Constantin Niculescu-Otin si, mai recent, de Eugen Stoicovici. Mai nou s-a pus la punct un laborator si la Muz. National de Istorie din Bucuresti. Analizele realizate au dus, totusi, la cateva concluzii:

La foarte multe piese, mai ales la cele timpurii nu au putut fi observate stereotipii in ceea ce priveste procentul de cositor. Se pare ca o lunga perioada de timp mesterii locali s-au aflat intr-o faza experimentala, de cautare a retetei ideale.

Niculescu Otin a facut primul observatia ca piesele de provenienta transilvaneana pot fi deosebite de cele extracarpatice prin prezenta, respectiv absenta argintului din aliaj.

3. Eugen Stoicovici a observat ca piesele din Transilvania au un procent mai ridicat de cositor decat cele din Moldova.

Procentul de cositor, initial foarte mic, devine mai mare in bronzul mijlociu, semn ca s-au gasit mijloace de a se ajunge la resursele de cositor. Se stie ca casiteritul, care contine cositor, este o materie prima deficitara in multe zone din Europa. Cea mai apropiata sursa de Romania ar fi Boemia (Slovacia). La noi se gasesc doar vagi urme de acest minereu, la fel in Sebia, unde a fost pus in evidenta doar la Strumica. Grecia miceniana s-a crezut multa vreme ca s-ar fi aprovizionat cu cositor pe cale maritima, din SV Angliei. Azi este foarte credibila ipoteza ca s-ar fi apelat la zacamintele din Afganistan sau Asia Centrala.

Din putinele analize reise ca erau bine cunoscute de catre metalurgisti proprietatile cositorului, care nu depaseste niciodata procentul de 25 %. In general un bronz de buna calitate are intre 5-18 % cositor. Spre deosebire de alte spatii, la noi nu a putut fi observata o reteta stricta a bronzului.Reteta miceniana era 9 parti de cupru si o parte de cositor, iar cea egipteana 13 % cositor, restul cupru. Procentul de cositor influenteaza culoarea si calitatile bronzului. Procentul mic de cositor da bronzuri de culoare rosiatica. Pe masura ce creste procentul de cositor, bronzul este mai galben, putand deveni cenusiu cand procentul este foarte mare. Cuprul se topeste la 1085 grade, iar cositorul la 283 grade. Deci cantitatea mai mare de cositor din aliaj face ca punctul de topire al aliajului sa fie mai scazut. Cositorul influenteaza mult duritatea si rezistenta bronzului.

Procentul de cositor variaza in functie de categoria functionala a piesolr. Pentru podoabe se constata un procent mai mic de cositor, in timp ce la arme, care trebuiau sa fie mai dure, se foloseste mai mult cositor.

Bronzurile cu antimoniu folosesc ca materie prima stibina din Maramures. In general la aceste bronzuri, procentul de antimoniu se situeaza intre 6-10 %.

6.OBTINEREA PIESELOR FINITE

Atelierele d productie a pieselor finite se aflau cel mai adesea in asezari. Prezenta lor este dovedita de descoperirea unor tipare, creuzete, linguri de turnare, eventual a unor piese semifinite sau neretusate. Piesele finite se obtineau fie prin metoda cerii pierdute, fie prin turnarea in tipare din lut sau piatra. Tiparele din piatra erau mai greu de realizat, dar erau mai rezistente, putand fi utilizate pentru turnarea mai multor piese. De multe ori tiparele descoperite aveau negative de piese diferite si pe avers si pe revers. Ele dovedesc ca nu se poate vorbi de o specializare a atelierelor pe anumite produse din metal. Metoda cerii pierdute consta in modelarea piesei dorite din ceara si imbracarea ei intr-o pojghita de lut, pastrandu-se un mic orificiu prin care se turna bronzul incandescent. Acesta din urma topea ceara si ii lua locul. Dupa racire, era sparta carcasa din lut si se recupera piesa din bronz. Piesele simple (strapungatoare, dalti, topoare de tip pana) se turnau in tipare monovalve, cele mai complicate in tipare bivalve, iar cele de dimensiuni mari necesitau mai multe tipare (spadele de exemplu) . Pentru turnarea topoarelor cu disc se foloseau tipare compuse.

7. RETUSAREA SI DECORAREA

Dupa turnarea pieselor, urma retusarea. De obicei. Cele doua valve folosite la turnare nu erau perfect fixate si etanseizate, motiv pentru care, la imbinarea celor doua valve, pe piesa din bronz ramanea bronz excedentar sub forma unei excrescente, numita bavura. Aceasta se inlatura cu ajutorul unei dalti sau prin frecarea cu o gresie. Decorarea se realiza cu ajutorul unui dorn.