Archeometallurgia e produzione metallurgica nella storia



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a.a. 2004/05
Corso Di Metallurgia Dei Metalli Non Ferrosi


ARCHEOMETALLURGIA E

PRODUZIONE METALLURGICA NELLA STORIA






Studente: Michele Composta Matr. 114831

SOMMARIO




  1. BREVE STORIA DELLA METALLURGIA

  • Età del Rame

  • Età del Bronzo

  • Età del Ferro




  1. GIACIMENTI METALLIFERI NEL MEDITERANNEO E IN EUROPA




  1. MINERALI METALLIFERI

  • Concetti generali

  • Microscopia in luce riflessa




  1. ARCHEOMETALLURGIA GENERALE

  • Archeologia della produzione metallurgica

  • Archeometallurgia




  1. ARCHEOMETALLURGIA DEL FERRO

  • Indicatori della produzione metallurgica

  • Fornaci: fornaci di riduzione, fuochi di forgia/fucina

  • Gli attrezzi e gli utensili da lavoro

  • Il ciclo produttivo metallurgico

  • Processi metallurgici di estrazione

  • Processi metallotecnici

  • Processo diretto

  • Processo indiretto




  1. ARCHEOMETALLURGIA DELL’ARGENTO

  • Argento

  • Leghe di Argento

  • Lavorazione dell’Argento

  • Decorazione dell’Argento




  1. ARCHEOMETALLURGIA DELL’ORO

  • Oro

  • Estrazione

  • Leghe d’Oro




  1. ARCHEOMETALLURGIA DEL PIOMBO

  • Caratteristiche

  • Storia

  • Produzione




  1. ARCHEOMETALLURGIA DEL RAME

  • Storia

  • Produzione

  • Il Rame e le civiltà

  • Curiosità sul Rame

  • Leghe di Rame




  1. BIBLIOGRAFIA


BREVE STORIA DELLA METALLURGIA
La "metallurgia" propriamente comprende quei processi che permettono di ricavare metalli dai loro minerali e renderli idonei all'uso. Per fare questo si seguono tre fasi: 1) concentrazione del minerale; 2) ottenimento del metallo; 3) purificazione e raffinazione.

Il primo uso dei metalli risale al Neolitico quando venivano utilizzati oro, argento e rame nativi, che, essendo malleabili e duttili, mediante martellinatura e stiramento a freddo (o, per il rame, alternando azione a freddo e riscaldamento), potevano essere impiegati per la realizzazione di oggetti ornamentali e simboli di prestigio.


Le età dei metalli iniziano però quando viene inventata la tecnologia di estrazione per fusione del rame dai suoi minerali (solfuri, ossidi, carbonati) e, con tecniche via via affinatesi nel tempo, si raggiunge la capacità di dare forma al materiale fuso ottenendone strumenti per il lavoro e armi di offesa e di difesa.

Età del rame (fine IV e III millennio a. C.)


L'utilizzazione del rame fu probabilmente favorita dalla vistosità dei giacimenti; inoltre i vivaci colori dei prodotti ottenuti mediante alterazione, come il verde (malachite), l'azzurro (azzurrite), il rosso rame (rame nativo, cuprite), ne incoraggiarono l'impiego. Sotto la crosta di alterazione superficiale i principali minerali di rame sono solfuri, il più diffuso dei quali è la calcopirite. L'uomo procedeva alla raccolta dei minerali metallici quando questi affioravano in superficie in seguito all'azione dei torrenti; anche le acque colorate nelle sorgenti indicavano la presenza di minerali metallici.
Primi e sporadici esempi di uso metallurgico del rame compaiono nel V millennio (a Vara, Bulgaria, nel ca. 4400 a. C.) Tecnologicamente il rame, essendo un metallo tenero e malleabile, è disadatto a molte funzioni; per molti usi strumentali non poteva competere con la selce, l'ossidiana, la pietra levigata, ma valeva come segno di prestigio, di uno status sociale elevato, e come tale va interpretato.


In questa fase si scoprì che le migliori proprietà di durezza e durevolezza erano date dalla lega di rame (circa 90%) e stagno (circa 10%) che costituisce il bronzo. Così si continuò ad estrarre il rame da zone già note o da zone via via scoperte, ove si cominciò ad operare scavi e non limitandosi più alla raccolta, prevalentemente superficiale.


Analogamente lo stagno fu cavato, come minerale cassiterite (SnO2) da altre aree europee.
Furono proprio i primi metallurgici del rame a scoprire che fondendo minerali metallici diversi si potevano ottenere metalli (leghe) più duri del rame e più adatti all'utilizzazione funzionale per strumenti di lavoro e armi, più efficienti nel taglio e più durevoli. Geologicamente rame e stagno, però, si trovano molto raramente concentrati insieme: produrre leghe da questi materiali significava fondere insieme metalli di provenienza geografica diversa. Bisogna presupporre perciò che esistesse una organizzazione logistica abbastanza complessa per mettere a frutto una vera e propria invenzione tecnologica, capace di produrre coscientemente un materiale nuovo, un composto artificiale, non ottenuto per semplice trasformazione di materiali naturali (come il rame per fusione o la terracotta per cottura), ma per un intervento di miscelazione, fusione e forgiatura che fosse il prodotto di una ricerca e una metodologia tecnologicamente dominata.
Si verificò allora un vero e proprio intreccio di contatti su lunga distanza, venne tracciata una rete di vie di trasporto, e grande impulso ebbe lo sviluppo artigianale di zone specializzate nella fusione delle leghe. La relativa scarsità dei minerali utili e la continua richiesta favorì la diffusione di tecniche, il perfezionamento delle tecnologie nonché lo scambio di elementi culturali. Ne nacquero probabilmente stratificazioni di ricchezza, possibilità di monopolio e di controllo economico. Ciò favorì un quadro sociale a dominio patriarcale, in luogo di quello matriarcale che si suppone abbia dominato in precedenza.

Età del bronzo (III millennio a.C. – circa 900 a.C.)

Lo sviluppo della tecnologia del bronzo produsse un nuovo oggetto, la spada, per la prima volta unicamente pensato per il combattimento e non da impiegare per diversi usi, strumentale o di caccia e di offesa/difesa, come poteva accadere per i pugnali, le frecce, le lance in pietra e metallo. Accanto alla spada fu utilizzato lo scudo in bronzo, segni entrambi dello sviluppo della casta dei guerrieri, così come è testimoniato dai corredi delle sepolture.
Merita un accenno il fatto che fin dall'inizio della metallurgia manufatti di rame e bronzo usati o deteriorati venivano regolarmente fusi e riutilizzati in nuove forme: il riciclo dei materiali era già pratica comune.
Alla lega di rame e stagno poteva talora essere aggiunto piombo o zinco (fino al 20-30%): si pensi ai bronzi ad elevato tenore di piombo, tipici in Italia Meridionale fra il IX e VIII sec. a.C. di cui sono fatti i dischi da getto usati come proiettili dalle donne delle comunità agricole e pastorali.
Il peltro - lega di stagno, antimonio, rame, piombo - è stato certamente conosciuto nell'antichità anche se rari sono i manufatti giunti fino a noi a causa della cosiddetta "peste dello stagno", una alterazione che colpiva il metallo danneggiandolo irreversibilmente. Secondo alcuni dal vocabolo greco-bizantino chymeya, che indica l'arte di fare leghe metalliche, discende la parola araba al'kimja da cui deriverebbe poi il termine chimica.
La tradizione praticata dagli artigiani dei metalli viene integrata dalla conoscenza delle civiltà egiziana e medio orientale ed arricchita dal pensiero dei filosofi greci: viene elaborata una nuova concezione in cui uomo e natura formano un'unica entità e tutta la materia costituente l'universo va ricondotta a quattro elementi:

TERRA tutti i solidi;


ARIA tutti i gas;
ACQUA tutti i liquidi;
FUOCO.

Età del Ferro (circa 900 a. C. - tempi storici)


Lo sviluppo della capacità tecnologica di fondere i metalli per ottenere il bronzo giunse fino al più complesso processo estrattivo e di lavorazione del ferro.
Un primo uso, sporadico e saltuario, del ferro è riscontrabile già nell'Età del Bronzo, era impiegato sia per piccoli strumenti che per gioielleria ed era legato allo sfruttamento di ferri meteorici (leghe ferro-nichel, con caratteri di acciaio) ossia le meteoriti a composizione metallica che si rinvengono ancora oggi nel deserto della Libia.
Attorno al 1000 a. C. ci si rese conto di come da minerali più comuni di quelli di rame e altri metalli, come il ferro delle paludi (idrossidi di ferro), si poteva ottenere ferro metallico per fusione in ambiente riduttivo.
La lavorazione del ferro mediante battitura a caldo è complessa per ottenere strumenti, ma assai duttile nella produzione dello strumentario già in uso con la pietra e il bronzo. In questa epoca si sviluppò l'importante artigianato dei fabbri, che realizzò con il nuovo materiale gli strumenti precedentemente in uso e nuovi strumenti per nuovi usi.
Il ferro è geologicamente molto più comune di rame e stagno, e presente in masse notevoli, tali da permettere importanti estrazioni minerarie, e l'efficienza tecnologica degli strumenti in ferro è più alta dei materiali usati in precedenza, salvo per durata (a causa della corrosione, cui però si rimediava facilmente sostituendo lo strumento): per queste ragioni il ferro soppiantò completamente i precedenti materiali nello strumentario quotidiano. Il quadro logistico di sfruttamento-trasporto-lavorazione si trasformò, cambiarono e si semplificarono le vie di scambio, il fitto intreccio commerciale per il bronzo si ridusse.


Poco a poco si aggiunsero nelle conoscenze dell'uomo altri minerali e relativi metalli.


Nella Bibbia si narra di una certa Jezebel, regina e moglie di Acab, re d'Israele, vissuta intorno al IX secolo avanti Cristo, che si truccava gli occhi con lo stibio. In quell'epoca si sapeva dunque estrarre dalla stibina (lo stibio) l'antimonio, la cui polvere allora serviva soltanto come prodotto di toeletta per la cura e la bellezza degli occhi. Analogo uso ne fecero le donne egizie; fra il 2500 e 2200 a.C. fu impiegato per ricoprire con un sottile strato le lavorazioni di rame. Successivamente fu usato anche dalle donne arabe, che lo conoscevano con il nome di kohl e serviva a proteggere la pelle dalle infezioni. Fu oggetto anche di numerosi esperimenti da parte degli alchimisti.

Verso la metà del XVIII secolo si tentò di estrarre, nelle miniere dei monti Annaberg e Schneeberg in Sassonia, il rame dalla niccolite. Ma i minatori riuscirono soltanto a ottenere un metallo molto fragile che sembrava non avere alcuna utilità pratica. "Il diavolo ti porti!" pensò forse qualcuno, in un accesso di collera. E poiché allora il diavolo era generalmente chiamato "vecchio Nick", a quel metallo fu dato il nome di kupfernickel, ovverosia "rame del diavolo". In seguito, il chimico Cronstedt volle riabilitarlo: innanzitutto ne abbreviò il nome in nickel, ma ci volle ancora più di un secolo prima che il nichelio, poiché di questo si trattava, fosse industrialmente utilizzato su larga scala. Il 50% del Ni oggi prodotto viene usato per gli acciai inossidabili; il restante per il conio delle monete, nell'industria chimica e areospaziale.




D'altro genere è la storia della cobaltite, nota in Cina e usata per colorare in azzurro i celebri vasi "Ming". Furono i minatori dei Monti Harz, nell'Europa Centrale, a scoprire cos'era veramente quel minerale, allorché tentarono di ricavarne il rame scaldandolo ad altissime temperature. Grande fu la meraviglia, e più grande lo spavento, nel vedere che da esso si sprigionavano velenosi fumi di zolfo e arsenico, quasi che uscissero dalle tenebrose profondità dell'inferno. Non deve stupire dunque se i minatori proclamarono che quello era un kobold, cioè uno di quei malefici gnomi di cui erano piene le loro leggende. Più tardi si scoprì anche in Europa che, liberato dallo zolfo e dall'arsenico e mescolato con sabbia, dava una specie di vetro azzurro. Ancora più tardi il chimico G. Brandt spiegò che quel colore azzurro era dovuto a un metallo, a cui diede nome cobalto, usato oggi nell'industria delle vernici e per acciai speciali e catalizzatori.

Attualmente possiamo considerarci nell'età dell'alluminio, che, oltre ad essere il metallo più abbondante nella crosta terrestre, è anche uno dei più giovani. È stato scoperto infatti soltanto nel secolo scorso e il suo sfruttamento industriale risale agli anni Cinquanta, a causa della difficoltà e onerosità per estrarlo dai minerali (bauxite). Tuttora la sua lavorazione, un metodo elettrolitico, necessita di grandi quantità di energia, e per questo motivo è uno dei metalli che è più conveniente riciclare.

Infine, un breve accenno all'archeometria: è una scienza relativamente recente, nata solamente negli anni Ottanta, che tramite diverse competenze (di geologi, chimici, fisici, archeologi) e analisi particolari (come i raggi x, la fluorescenza, la spettrofotometria, la tac, eccetera) è in grado di determinare la provenienza dei minerali grezzi, di leghe metalliche (ambito specifico della archeometallurgia) o di manufatti ceramici o litici e le relative tecniche usate nel passato. Questa scienza è in grado di individuare anche eventuali falsificazioni, come per esempio la differenza tra Malachite naturale e le patine di verderame applicate per ottenere un effetto di "anticamento" artificiale.



Sommario

GIACIMENTI METALLIFERI NEL MEDITERANNEO E IN EUROPA
L’area dei paesi prospicienti il Mediterraneo, è stata sin dall’antichità estremamente importante, non solo come culla della civiltà occidentale come si intende ancora oggi, ma anche come sorgente di tutta una serie di materie prime oggetto di coltivazione mineraria, che sono state una delle basi di tale civiltà. La storia delle miniere e delle risorse minerarie coincide con la storia delle civiltà umane, non solo

nell’area dei paesi che si affacciano direttamente sul Mediterraneo, ma anche di quelli che con questi commerciavano, consentendone lo sviluppo sia economico che politico e culturale. La disponibilità delle

risorse minerarie è stata una delle prime motivazioni dei commerci e delle migrazioni dei popoli, in particolare da quando, intorno a 70.000 anni fa, iniziò l’età dei metalli, la cui utilizzazione è stata il motore

dell’incremento delle tecnologie e delle conoscenze sui materiali ed, in ultima analisi, sulla geologia della terra.

È per questa ragione che i cosiddetti studi sulle “provenienze” rappresentano una delle più diffuse applicazioni delle scienze all’archeologia. Per quello che riguarda i metalli, tali studi non sono di estrema

semplicità, dal momento che mineralizzazioni fonti di materie prime, anche geograficamente lontane tra di loro, possono presentarsi non solo di aspetto simile, ma esserlo anche dal punto di vista mineralogico e geochimico. Inoltre, al fatto che alcune delle loro caratteristiche possono cambiare durante il processo di fabbricazione, cioè nel passaggio da materie prime a manufatti, si deve aggiungere anche la propensione (ed in molti casi la necessità) che avevano molti popoli alla miscelazione di metalli non solo di diversa natura per la composizione delle leghe (come rame e stagno per produrre il bronzo), ma anche dello stesso tipo per riciclare ad altro uso degli oggetti non più utilizzabili. Esempi abbastanza frequenti sono stati osservati non solo nella fabbricazione di gioielli da metalli nobili ma anche per oggetti di uso comune, come nel caso delle tubature dell’acquedotto di Pompei, in cui è stato rinvenuto piombo dalle provenienze più disparate, probabilmente rifuso da altri oggetti reperiti in loco).





Nell’intraprendere la descrizione delle risorse minerarie del bacino del Mediterraneo, è importante comunque effettuare una prima distinzione, e cioè tra risorse minerarie come vengono considerate oggi, e

risorse minerarie che potevano essere considerate e sfruttate dagli antichi. Questa distinzione è assolutamente cruciale per qualsiasi si studio sulle provenienze, dal momento che non deve essere considerato solo il metallo in sé stesso, ma il suo modo di presentarsi, la sua reperibilità e la facilità di coltivazione ed estrazione. Un esempio banale della differenza tra le risorse minerarie dell’antichità e quelle della civiltà moderna, è dato dai depositi a bauxite, che venivano coltivati nei calcari Cretacici in Italia e Francia fino agli anni ’60, e sono ancora coltivati in Grecia, Ungheria e ex-Jugoslavia. Tali depositi sono costituiti da concentrazioni ad idrossidi di alluminio, associati ad ossidi e idrossidi di ferro, di origine lateritica ma deposti in cavità carsiche.

Tali mineralizzazioni, essendo basate su di un metallo, quale l’alluminio, che era sconosciuto agli antichi, fino agli inizi del ‘900 non avevano alcun valore, se non dove la loro percentuale in ferro era estremamente alta. In tal caso venivano coltivati per quest’ultimo metallo.

Un altro esempio, ma che richiede una discussione ben più articolata, è quello dell’oro (Fig. 1). I paesi che si affacciano sul bacino del Mediterraneo non sono stati mai considerati grandi produttori di oro, tranne l’Egitto, la Spagna e limitate aree dei Balcani. In effetti, con rare eccezioni dovute alla localizzazione di vene aurifere a bassa profondità, l’oro coltivato dagli antichi era costituito soprattutto da arricchimenti nei gossan delle mineralizzazioni a solfuri (vedi Rio Tinto in Spagna) o consisteva in concentrazioni in placers eluviali o alluvionali recenti (fiumi a valle delle mineralizzazioni filoniane Alpine) o fossili (Asturie). Negli ultimi venti anni, invece, sono state rinvenute in varie zone dell’Europa meridionale, quali la Romania o la Sardegna, una serie di nuove mineralizzazioni aurifere di genesi epitermale e valore economico, nella maggior parte delle quali il metallo si presenta in forma disseminata nella roccia incassante, e quindi di difficile reperibilità, sfruttamento e lavorazione da parte degli antichi prospettori e metallurgisti.



Per quello che riguarda il rame (Fig. 2), uno dei metalli di maggiore utilizzazione nell’antichità, una parte dei problemi di reperimento, coltivazione ed estrazione del metallo, sono simili a quelli dell’oro, dal momento che debbono venire esclusi dall’insieme delle mineralizzazioni del bacino del Mediterraneo i Porphyry Copper a basso tenore e non arricchiti da processi supergenici, quali alcune occorrenze della ex-Jugoslavia e della Turchia. Come è noto, le maggiori concentrazioni economiche di rame nell’antichità erano presenti soprattutto nelle zone di alterazione dei solfuri massici vulcanogenici di Cipro, ma anche associate a mineralizzazioni idrotermali filoniane e skarnoidi dell’Italia peninsulare e della Sardegna.

Un problema a parte, ancora oggi estremamente dibattuto (e comunque non completamente risolto) da parte sia degli archeologi che dei giacimentologi, è l’eventuale presenza di quantità economiche, nelle aree prospicienti il Mediterraneo, di minerali di stagno, che rappresenta l’altra componente necessaria alla fabbricazione del bronzo. Stagno è comunque presente nell’intorno delle intrusioni Erciniche di Spagna e Portogallo, oltre che nei già ben noti distretti della Bretagna e della Cornovaglia. La presenza di stagno in Toscana (mineralizzazioni di Monte Valerio) ed in Sardegna è comunque estremamente limitata per consentire estrazioni continuate nel tempo e finalizzate alla produzione di grandi quantità di bronzo.

Per quello che riguarda l’argento (Fig. 3), ed il suo sottoprodotto il piombo, non ci sono particolari differenze, se non nelle quantità e nei tenori, tra le mineralizzazioni di entrambi i metalli sfruttate

nell’antichità ed in tempi recenti. I tipi più noti di mineralizzazioni sono sia i giacimenti filoniani a bassa termalità rinvenuti in Sardegna, Toscana, Alpi orientali, Penisola Iberica, Francia ed Anatolia, che alcune

mineralizzazioni del tipo Mississippi Valley arricchite in zona supergenica. Una gran parte delle risorse in detti metalli, comunque, sfruttate sin dal 1000 a.C., si rinveniva in diverse aree della Grecia: sia

nell’arcipelago Egeo che nelle miniere del Laurium, in prossimità della città di Atene. Nella maggior parte dei casi si tratta di concentrazioni di galena argentifera a basso tenore in rocce carbonatiche Mesozoiche interessate da fenomeni di metamorfismo di contatto causati da intrusioni magmatiche Alpine.





Sommario

MINERALI METALLIFERI


Concetti generali

Il concetto di minerali metalliferi è, nella sua accezione etimologica più stretta – minerali contenenti metalli, semplice ed immediato. Peraltro, per ormai consolidata consuetudine, adottata in questo contesto, per minerali metalliferi devono intendersi “minerali dai quali si può ricavare economicamente un metallo (o più metalli)”. Si tratta pertanto di un concetto in continua evoluzione, in funzione della tecnologia e della domanda di mercato. La prima immediata conseguenza è che non tutti i minerali che contengono un determinato metallo, anche in concentrazioni rilevanti, sono necessariamente minerali metalliferi, in quanto può non essere conveniente ricavare da essi tale metallo; per contro, diversi metalli geochimicamente scarsi vengono ricavati in prevalenza da minerali in cui sono presenti solo a livello di tracce (<1%).

Tra i principali fattori che condizionano il carattere “metallifero” di un determinato minerale, oltre al suo contenuto (tenore) del metallo considerato, possiamo elencare:

La sua diffusione nei livelli superficiali della crosta (profondità massima 3-4 km), ed in particolare la possibilità di concentrarsi in determinati volumi di roccia (giacimenti, o corpi, metalliferi) in quantità nettamente superiori all’abbondanza media crustale;

La maggiore o minore richiesta del mercato, in funzione anche di materiali e/o sorgenti alternative (riciclaggio);

L’esistenza o meno di particolari tecnologie che consentano di estrarre economicamente il metallo dal minerale; ciò comprende sia il procedimento metallurgico vero e proprio (compresa l’eliminazione di eventuali altri metalli non desiderati), sia eve ntuali problemi di separazione del minerale da minerali non utili (“ganga”) ad esso associati.

Tra i fattori che concorrono a determinare il costo di estrazione di un metallo da un suo minerale, un peso rilevante è rivestito dalla componente energetica. A sua volta, la quantità di e energia necessaria all’estrazione del metallo dipende fortemente dalla natura del legame chimico, e dalla conseguente stabilità della struttura del minerale. Pertanto, salvo poche eccezioni, i silicati sono mediocri minerali metalliferi, sia perché in generale contengono tenori relativamente bassi di metalli d’interesse economico, sia perché il forte legame Si-O rende il loro trattamento energeticamente molto oneroso. Ovviamente, i metalli nativi sarebbero per definizione i minerali metalliferi per eccellenza, tuttavia essi sono piuttosto rari nella crosta terrestre, ed il loro interesse pratico è limitato a poche specie (soprattutto metalli nobili). In generale, i più importanti minerali metalliferi appartengono alle classi dei solfuri e degli ossidi (Tabella 1). Infine, è utile sottolineare che, negli ultimi anni, nel computo complessivo del costo di estrazione di un metallo ha assunto sempre maggior rilievo la componente “costo ambientale”, ossia la potenziale pericolosità per l’ambiente del minerale e/o del procedimento d’estrazione e trattamento.

Alcuni esempi possono servire ad illustrare i concetti sopra esposti:

L’alluminio, pur essendo il metallo più abbondante della crosta terrestre, compare relativamente tardi (XIX secolo) nell’uso industriale. Ciò perché la sua estrazione comporta invariabilmente la rottura del fortissimo legame Al-O (es., l’allumina ha punto di fusione 2045° C), e solo la messa a punto di un processo metallurgico alquanto complesso (e tutt’ora abbastanza oneroso energeticamente) ha consentito la sua disponibilità a livello industriale. Peraltro, il corindone (Al2O3) è il minerale che ha il massimo contenuto di alluminio, ma non è utilizzato per l’estrazione del metallo, perché, pur non essendo raro, non forma concentrazioni particolarmente cospicue, il cui trattamento sarebbe troppo dispendioso.

Il rame è stato storicamente ricavato da molti minerali (vedi Tabella 1), tra i quali il rame nativo è stato ovviamente il primo. Successivamente il ruolo principale di sorgente del metallo è stato ricoperto da minerali ossidati, soprattutto malachite; infine, da molti secoli ormai i principali minerali metalliferi del rame sono i solfuri, soprattutto la calcopirite, che, pur essendo meno ricca in Cu di altri minerali, è di gran lunga il più diffuso.

La blenda o sfalerite è il principale minerale di zinco, ma anche di metalli rari quali Cd, Ga, In, i cui minerali propri sono piuttosto rari e mai abbondanti

La separazione dell’oro dai minerali di ganga ha quasi sempre comportato processi potenzialmente assai pericolosi per l’ambiente – amalgamazione con mercurio, che ha prodotto in molte aree significativi inquinamenti da questo metallo, e recentemente cianurazione. Il cianuro è ovviamente estremamente tossico, ma fortunatamente alquanto labile nell’ambiente supergenico, per cui i pur disastrosi episodi di inquinamento sono limitati ad eventi eccezionali, solitamente risultanti da cattiva progettazione e/o gestione degli impianti.

Nella Tabella sono riportati i principali minerali metalliferi dei metalli di uso industriale più

comune.





Microscopia in luce riflessa

La maggioranza dei minerali metalliferi, in particolare solfuri e ossidi (oltrechè, ovviamente, i metalli nativi) presentano un forte carattere metallico del legame. Pertanto, essi hanno molte proprietà fisiche tipicamente “metalliche”, compresa l’opacità anche in sezione sottile. Di conseguenza, uno strumento fondamentale per lo studio delle tessiture dei minerali metalliferi è stato, e per molti versi è tutt’ora, il microscopio in luce riflessa, detto anche microscopio metallografico. I principi fisici dell’ottica in luce riflessa sono molto più complessi dell’ottica in luce trasmessa. Inoltre, alcune delle tipiche misure quantitative che è possibile eseguire (microdurezza e potere riflettente) richiedono strumenti aggiuntivi abbastanza costosi. Pertanto, la diagnostica in luce riflessa presenta maggiori problemi che in luce trasmessa, ed è per molti versi più un’arte che una scienza, basandosi in larga misura sull’esperienza dell’osservatore.

La grandezza fondamentale dell’ottica in luce riflessa è il potere riflettente o riflettanza, definito come

R = I/Io = (n- no)2 + k2

(n+no)2 + k2

dove I è l’intensità della luce riflessa, Io l’intensità della radiazione incidente, n e k sono,

rispettivamente, l’indice di rifrazione ed il coefficiente di assorbimento del materiale, e no è l’indice di rifrazione del mezzo interposto tra il materiale e l’obiettivo (generalmente, aria, n÷1). Ne consegue che i minerali trasparenti (basso k) sono in genere poco riflettenti e in luce riflessa appaiono grigio-scuri, mentre i minerali opachi presentano i maggiori valori di R. Peraltro, sia n che k, e quindi R, dipendono dalla lunghezza d’onda; se la luce incidente è policromatica, le variazioni di R con la lunghezza d’onda risulteranno in una certa colorazione (in genere, abbastanza tenue) del materiale. Inoltre, per le sostanze otticamente anisotrope, n e k variano anche secondo l’orientazione cristallografica; pertanto, queste sostanza mostreranno pleocroismo di riflessione, e/o biriflettanza (variazione del potere riflettente). A nicol incrociati, le sostanze anisotrope presentano

un fenomeno simile a quello osservato in luce trasmessa – alternanza, al ruotare del piatto, di posizioni di minima luminosità e massima luminosità, con colori talora vivaci e spesso diagnostici; inoltre, le sostanze non completamente opache potranno presentare un fenomeno del tutto particolare, e spesso assai utile ai fini diagnostici, ossia una parziale emissione di luce dall’interno del campione (riflessi interni). Un’ulteriore proprietà semiquantitativa è rappresentata dalla durezza di politura, rilevabile con una tecnica simile alla linea di Becke in luce trasmessa, ancorchè basata su un diverso principio fisico; come accennato, è possibile, mediante un’idonea strumentazione, una

misura quantitativa della durezza.


Sommario
ARCHEOMETALLURGIA GENERALE
Archeologia della produzione metallurgica
Alcune specifiche qualità rendono i metalli particolarmente adatti a subire l'azione modificatrice dell'uomo tanto da fornire una gamma di prodotti dalle peculiarità tecniche e fisico-meccaniche che non si possono ottenere attraverso l'utilizzazione di nessun altro tipo di materia prima.



Tali caratteristiche dei metalli e delle leghe in genere, si esplicano nella capacità di sopportare un elevato stress meccanico, senza per questo andare incontro a danni strutturali permanenti, cioè senza subire fratture. Quindi, sono i comuni requisiti fisico-meccanici dei metalli che fanno si che essi vengano a costituire un bloc technologique, nell'accezione di Leroi-Gourhan, ovvero sia un insieme di materiali che grazie alle loro qualità sono sottoposti a determinati trattamenti. È l'arte del fuoco, la cosiddetta pirotechnia, a definire l'ambito tecnologico dell'intervento dell'uomo su questa materia prima.

I metalli hanno giocato un ruolo rilevante nello sviluppo della civiltà, tanto da potersi ritenere che la storia della metallurgia e quella della civiltà siano direttamente interconnesse: la lavorazione dei metalli, infatti, influenza direttamente l'evolversi di un dato gruppo umano essendo legata alla produzione di armi, strumenti agricoli, oggetti di culto e della vita di tutti i giorni. Parimenti, la geologia di una regione ne determina ampiamente le strategie di sviluppo socioeconomico: la ricchezza mineraria ed il suo conseguente sfruttamento impongono non solo dei limiti "naturali" alla topografia degli insediamenti, che si strutturano spesso in rapporto ai problemi relativi al controllo dell'autorità sull'estrazione e alle questione del trasporto della materia prima, ma al contempo definiscono le linee fondamentali del diritto di proprietà e la regolamentazione del lavoro. La situazione dell'Europa centro-orientale fra il XIII ed il XIV secolo con l'emergere di città -- quali Kuttemberg ed Iglau (attuale Repubblica Ceca) -- e di classi dirigenti specializzate nella lavorazione dei metalli preziosi è un esempio di come la geologia possa "trasformarsi" in storia grazie alle possibilità che offre di accumulazione di capitali. È quindi chiaro che l'esame diacronico dell'intero ciclo produttivo metallurgico non è una sterile ed ulteriore settorializzazione della disciplina archeologica ma, al contrario, è un efficace metodo per guadagnare informazioni intorno alle strategie di sviluppo della civiltà. Tale specifico studio della produzione metallurgica del passato è detto Archeometallurgia.




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