Archeometallurgia e produzione metallurgica nella storia



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Archeometallurgia

L'esame storico del ciclo produttivo metallurgico può a buon diritto essere considerato un efficace metodo per ricostruire le strategie di sviluppo della civiltà. Questo approccio analitico, che esige un'interpretazione tanto induttiva quanto sintetica, si giova attualmente dei progressi registrati dalle scienze fisico-chimiche contemporanee. Queste hanno sviluppato numerosi metodi di indagine che, seppure originariamente studiati per valutare la qualità della produzione contemporanea, possono essere utilizzati anche nell'analisi degli artefatti preindustriali.





Per quel che concerne lo studio dei metalli archeologici, il rapporto si stabilisce attraverso l'utilizzazione dei metodi messi a punto dall'odierna scienza ed industria metallurgica.

La moderna metallurgia comprende fra le sue proprie metodologie, i diversi metodi attualmente utilizzati nella preparazione e raffinazione del minerale per l'ottenimento del metallo attraverso la fusione o qualsivoglia altro procedimento oggi in uso; lo studio dei principi fisico-chimici che sono alla base di tali processi, la valutazione delle qualità dei diversi metalli sia allo stato naturale che allorquando sottoposti a lavorazione e/o a trattamenti specifici per la manifattura; ed infine l'applicazione pratica di tutti quei principi e metodi concernenti i metalli che sono stati scoperti come risultato di indagine empirica o attraverso l'analisi scientifica.

Aggiungendo a questo approccio scientifico una prospettiva diacronica, e avendo già chiarito che la materia prima di produzione dei reperti archeologici è spesso la medesima sulla quale si basa l'odierna produzione, è possibile definire l'archeometallurgia come lo studio storico delle procedure di produzione applicate alla lavorazione dei metalli, lungo un percorso che va dall'estrazione mineraria alla realizzazione del prodotto finito.

L'archeometallurgia può essere dunque considerata un settore specifico dell'archeologia della produzione, che si occupa del ciclo produttivo dei metalli ed in particolare delle fasi di trasformazione chimica e fisica della materia prima (minerale) in manufatto, attraverso l'uso del fuoco.

L'archeometallurgia costituisce così il contenitore per l'analisi delle due distinte fasi del processo produttivo metallurgico: il primo è quello della metallurgia estrattiva, che giunge dal minerale al semilavorato o pane metallico, il secondo è quello della metallotecnica che dal metallo allo stato amorfo giunge al manufatto finito.

L'archeometallurgia può ritenersi allora "l'archeometria dei metalli" e deve essere costantemente sottoposta ad interpretazione e critica il che, in altri termini significa, la necessità di una sintesi a partire dai risultati delle analisi.

Le informazioni che è possibile ottenere attraverso la ricerca archeometallurgica su di un prodotto finito concernono l'indagine sulla sua struttura e composizione, e riguardano: la valutazione della messa in forma dell'oggetto, ovvero la sua storia termomeccanica; l'esame dei trattamenti termici, quali ricottura e tempera; l'indagine intorno ai trattamenti termochimici, quali la cementazione; ed il riconoscimento dei tipi di saldatura.

Il risultato finale di questa analisi è la ricostruzione dell'intero processo di produzione le cui tracce restano quindi evidenti nell'oggetto analizzato.

Numerosi sono i metodi analitici attraverso i quali procedere nell'indagine archeometallurgica della struttura interna del metallo per raccogliere questa intera serie di informazioni.

L'archeometallurgia deve essere in grado, tuttavia, di strutturare le informazioni ottenute attraverso le differenti analisi condotte sui diversi materiali e presentare una sintesi che tenga conto delle differenti informazioni di cui si dispone su un determinato sito; quindi, il contesto stratigrafico, i dati provenienti dalla storia, dall'archeologia, dall'etnoarcheologia, dalla sperimentazione, e dall'archeometria, devono cooperare nella formazione di una visione d'insieme che inserisca la ricerca in un ambito storico determinato.

Inoltre, da un punto di vista strettamente archeometallurgico, oltre all'analisi degli oggetti finiti, anche le scorie, ovvero i materiali di scarto della lavorazione del minerale e dei metalli, ed i resti delle fornaci rappresentano una importante fonte di informazione.

Naturalmente, le scorie non devono essere considerate come evidenze archeologiche isolate ma, al contrario, occorre rilevare sempre gli altri materiali in associazione, le caratteristiche del sito, la sua geografia e geologia.



Sommario
ARCHEOMETALLURGIA DEL FERRO

Indicatori della produzione metallurgica

Tutti i reperti relativi alle diverse operazioni tecniche legate alla produzione devono essere considerati come indicatori di attività di produzione. Questi non sono una classe omogenea di oggetti ma possono essere distinti fra loro in base alla loro funzione nella sequenza operazionale della produzione e/o alla loro identificazione come prodotti di scarto del ciclo produttivo stesso.




Elementi funzionali al processo di produzione, i cui resti possono apparire nel record archeologico, sono le istallazioni fisse, quali le fornaci, gli attrezzi e gli utensili di lavoro (tutti i prodotti finiti), e la materia prima quale il minerale crudo.

Fra i prodotti di scarto ed i residui del processo di produzione si devono annoverare scorie, materiali da riciclare, prodotti mal riusciti, frammenti di parete di fornace più o meno concotti, semilavorati, quali la bluma e/o suoi frammenti.

Ancora sono da menzionare gli indizi che si possono riconoscere nella stratigrafia anche in assenza di indicatori di produzione evidenti, quali quelli appena citati, come le tracce di continuata esposizione al calore e resti di cenere e carboni.

Nel valutare tali evidenze, occorre, comunque, sempre tenere presente che alcune modificazioni, anche evidenti, della stratigrafia e degli oggetti ivi contenuti, possono essere dovute a cause accidentali e non produttive: incendi impetuosi sono, infatti, in grado di deformare metalli e prodotti ceramici e di produrre effetti di combustione evidenti creando contesti archeologici di ambigua interpretazione.

Così, occorre innanzi tutto, distinguere fra i prodotti di scarto ed i residui formatisi in maniera accidentale e dovuti ad eventi non collegati alla produzione e quelli che, al contrario, sono il frutto dell'intenzionale lavorazione dei metalli.

Fornaci

Per fornace si intende il luogo fisico nel quale il minerale e/o il metallo viene processato attraverso l'uso del fuoco.

Esistono diverse tipologie di fornaci relativamente non solo alle loro caratteristiche strutturali ma anche al loro ruolo nell'ambito del ciclo produttivo metallurgico, ovvero queste possono essere distinte fra le fornaci di riduzione, nelle quali dal minerale si arriva alla produzione del ferro metallico, ed i fuochi di forgia/fucina, utilizzate per passare dal metallo amorfo all'oggetto finito.

Ricostruzione grafica delle fasi di realizzazione di una fornace




L'indagine della struttura delle fornaci ed i problemi connessi all'ottenimento di temperature funzionali alla lavorazione dei diversi metalli sono altrettanti indici del livello tecnologico, e dunque di civiltà, di un determinato gruppo umano.

La termodinamica rappresenta in questo caso uno strumento fondamentale per comprendere e ricostruire le temperature ed il comportamento dei gas nelle fornaci e, quindi, in ultima analisi il processo di riduzione.

Fornaci di riduzione

Basso fuoco viene denominato correntemente il tipo di fornace nella quale si pratica la riduzione.

La suddetta operazione può essere ottenuta tenendo conto dell'esistenza di alcune condizioni tecniche obbligate, dovute alle proprietà fisico-chimiche della materia prima e che devono, quindi essere sempre rispettate; ciò se da un lato, non crea una grande diversità in tali strutture produttive nei diversi stadi del loro sviluppo tecnico, dall'altro, legando strettamente il processo di produzione alle specifiche circostanze locali (ad esempio al tipo di minerale, del materiale di costruzione della fornace), genera tutta una serie di varianti locali.




Esiste, dunque, una vasta gamma di bassi fuochi e sono vari i tentativi di classificazione tipologico strutturale fatti per classificare tali fornaci, eleborati sulla base dei resti archeologici.

Tuttavia, senza volere insistere sui dettagli di ogni singola tipologia, si possono senza dubbio distinguere due grandi famiglie: il basso fuoco a scoria colata, nel quale la scoria defluendo all'esterno del forno si separa così dal metallo, e quelli in cui la scoria defluisce in un apposito pozzetto posto sul fondo della stessa fornace, lasciando nella parte superiore il materiale infusibile.

Il grado e la modalità di separazione della scoria dal metallo sono uno parametro di valutazione essenziale del processo metallurgico e, quindi, rappresentano un criterio tecnologico di primo piano ed utile per la classificazione.

Nelle fornaci più "primitive", a pozzetto o a fossa, o in quelle in cui il sistema di ventilazione è posto sul fondo della fornace stessa, la separazione della scoria non può avvenire e, dunque, si conglomera insieme al metallo in una sola massa.

Le fornaci più evolute, invece, prevedono o un’apertura alla base del catino della fornace che permette l'evacuazione della scoria in direzione orizzontale all'esterno della fornace (fornaci a scoria colate) o una fossa nella quale la scoria si accumula in un pozzetto apposito sotto il catino della fornace stessa (fornaci con pozzetto per le scorie).

Le scorie colate sono generalmente accompagnate da una certa proporzione di scorie interne, ovvero di scorie che si creano all'interno della fornace e che non scolano via a causa di un precoce raffreddamento avvenuto all'interno del catino.

Per quel concerne le differenze di produttività fra i due diversi sistemi, questi sembrano equivalenti.

In entrambi i casi occorre interrompere la produzione per procedere all'estrazione della bluma.

In un basso fuoco le temperature raggiunte sono comprese nell’ordine dei 1000/1300°C. In queste condizioni il ferro rimane allo stato solido, anche se pastoso, ma il composto di elementi che forma la ganga, fra cui ossidi di ferro, silicio, alluminio, calcio diviene fusibile; è proprio questa mistura allo stato liquido e poi raffreddandosi che forma la scoria.







Fuochi di forgia/fucina

La forgia può essere costruita come una semplice fossa, con semplici protezioni perimetrali atte a non disperdere il calore.

Tale struttura può funzionare sia a livello del terreno sia ad un livello sopraelevato.

Viene costruita con diversi materiali, quali argilla, come isolante principale, pietra o metallo. Le sue dimensioni variano in funzione delle diverse operazioni che il fabbro vi si appresta a condurre.





Schema di un fuoco di forgia e delle strutture annesse
1. Mantici; 2. Muretto di protezione; 3. Fuoco di forgia; 4. Scorie in forma di calotta in posto; 5. Deposito di scorie; 6. Riserva di carbone; 7. Pezzi di metallo; 8. Incudine in pietra base in legno e scarti di battitura; 9. Oggetti: martello, tranciante, punteruolo, lima, pietra per arrotare; 10. Pinze; 11. Vaso rotto reimpiegato come vascetta per la tempra; 12. Riserva di sabbia
SERNEELS V., L'archéologie de l'industrie du fer, Bull. Soc. vaud. Sc. nat. 84.4, 1997, pp. 301-321

I fuochi di forgia/fucina di solito si trovano al chiuso, all'ombra, o meglio in luoghi non illuminati direttamente, in quanto è l'oscurità che facilita l'osservazione dei diversi colori che il metallo assume nel corso della lavorazione e che sono altrettanti indici per il fabbro dei differenti trattamenti termici ai quali il metallo stesso può essere sottoposto.

Nelle fucine preindustriali i mantici venivano piazzati lungo i lati del braciere così da fornire una ventilazione orizzontale. Tali fornaci potevano essere utilizzate tanto per la forgiatura quanto per la raffinazione della bluma.

Gli attrezzi e gli utensili da lavoro







A sinistra strumenti da fabbro rinvenuti in Svezia. A destra attrezzi da fabbro rinvenuti nella tomba gepide di Mezoband in Transilvania (Romania) VI sec d.C.

In relazione alla sopravvivenza nel record archeologico degli strumenti, quali pinze, tenaglie ed incudini, è necessario tener conto dell'importanza di alcune variabili.

Dal momento che gli utensili erano di proprietà dei singoli artigiani erano questi stessi che decidevano del futuro dei loro attrezzi.

Inoltre, dato che lo stesso fabbro è l'artigiano che più di ogni altro produce da solo i propri attrezzi o, perlomeno, le parti più importanti degli stessi questa rapporto di proprietà doveva essere ancor maggiormente avvertito.

Dunque, si può ragionevolmente ritenere che gli attrezzi fabbricati con materiali resistenti all'usura del tempo fossero di solito trasmessi da ogni singolo artigiano ai propri eredi.

Questi utensili, dunque, tendono a restare a lungo nell'uso.

L'abbandono, ed il conseguente ritrovamento archeologico, non è, dunque, così frequente. Gli artigiani non erano affatto propensi a lasciare e, quindi, a perdere i propri strumenti di lavoro. Solamente in seguito ad episodi violenti questi venivano abbandonati: non a caso gli utensili integri vengono più facilmente ritrovati al di sotto di strutture crollate improvvisamente o in ripostigli dove erano stati riposti per poi essere in seguito recuperati. Una programmata cessazione dell'attività produttiva, al contrario, non lascia rilevanti tracce, per quanto attiene agli utensili, nell'evidenza archeologica.

Lo studio archeologico degli strumenti da lavoro, inoltre, è ostacolato più di altri dalla continuità tipologica, dal momento che sugli attrezzi il valore funzionale prevale su quello estetico e dunque l’evoluzione delle forme, dettata esclusivamente da aspetti di carattere funzionale, segue un processo molto lento.

Infine, sia il valore simbolico che l’artigiano attribuisce all’attrezzo, sia, in alcuni casi, le grandi dimensioni dei pezzi (si pensi ad esempio alle incudini, ai mazzuoli, ai picconi), sia anche la stessa durata funzionale dell’oggetto, fanno sì che il manufatto venga tenuto a lungo in vita tramite continui aggiustamenti e, una volta irrimediabilmente rotto, venga riforgiato per il riutilizzo della materia (materiale da riciclare) prima, ossia del ferro.




Attrezzi da minatore di attribuzione romana o altomedievale

Il ciclo produttivo metallurgico

Le operazioni tecniche legate a questo specifico ambito produttivo possono, in maniera assai generale e schematica, distinguersi in due distinti momenti: i processi metallurgici di estrazione, ovvero la fase legata alla cosidetta metallurgia estrattiva, ed i metodi della metallotecnica, ossia i procedimenti legati alla trasformazione del metallo amorfo in un oggetto funzionale e funzionante.

Entrambe queste fasi sono contraddisitinte da catene operative specifiche e distinte, ma accumunate dall'uso del fuoco, che lasciano altrettanto caratteristiche tracce archeologiche nella stratigrafia.





Le diverse operazioni del ciclo produttivo dei metalli devono, tuttavia, essere classificate secondo un ordine.

A monte della valutazione delle attività produttive deve, dunque, posizionarsi l'analisi della situazione geomineralogica della regione in esame.

Vanno allora individuate non solo le potenzialità minerarie in relazione alla topografia degli insediamenti ma, altresì, identificati i diversi approcci allo sfruttamento minerario e, una volta individuate le miniere, queste devono essere distinte fra loro tipologicamente; cosiccome va precisato l'eventuale uso di metallo nativo e la sua propria natura (ossidi, carbonati e solfuri).

Egualmente, si presenta la necessità di seriare e distinguere i diversi stadi della successiva fase di trasformazione del minerale, ovvero la metallurgia vera e propria.

Vengono, così, distinte diverse azioni tecniche caratterizzate da differenti catene operative e, quindi, da diverse tracce archeologiche: ricerca/prospezione, preparazione (eliminazione della ganga o roccia sterile, selezione, pesta, lavaggio), arrostimento e riduzione del minerale; ed infine, i procedimenti tecnici atti alla rifinitura e produzione di un oggetto che risponda con la maggior approssimazione possibile alla funzione per la quale è stato creato, e cioè: messa in forma attraverso azioni termomeccaniche (quali forgiature a freddo e caldo); torsione; trattamenti termochimici particolari (come ad esempio ricottura, tempra, rinvenimento, cementazione); decorazioni meccaniche e pirotecniche (quali, cesellatura e doratura); assemblaggio (rivettatura, saldatura).

Processi metallurgici di estrazione

Le vene metallifere di ferro sono relativamente abbondanti e varie. Il loro valore economico dipende dal tasso di concentrazione metallica al loro interno (minimo 20%, medio 45%) ma anche dal tipo e dalla natura degli elementi che lo accompagnano. Le tecniche di estrazione metallurgica sono, dunque, subordinate in primo luogo alla tipologia del giacimento di provenienza.




Ricostruzione grafica della miniera medievale a solfuri misti di Rocca San Silvestro (Campiglia M.ma - LI).

La diversa composizione dei minerali influisce in maniera considerevole sui processi metallurgici di estrazione. Questo tipo di condizionamento risulta essere una costante anche per la metallurgia industriale; si legge infatti in un manuale di chimica ancora in uso ai giorni nostri: "Si può dire che ogni tipo di giacimento, per le sue caratteristiche particolari, richiede un particolare trattamento metallurgico, per cui in pratica ogni impianto lavora con caratteristiche sue proprie, in relazione al minerale trattato".

Questa semplice osservazione assume un significato particolarmente importante per la interpretazione delle evidenze archeometallurgiche dal momento che l'intera catena operativa della produzione metallurgica era per lo più basata sulla conoscenza empirica.

Ci sono poi numerosi altri parametri che condizionano, in vario modo, processi necessari alla produzione di un metallo e che pertanto vanno debitamente considerati nel corso della ricostruzione storico-tecnologica (vedi anche il problema della datazione delle emergenze minerarie).

Si tratta dei metodi utilizzati per l'estrazione e l'arricchimento del minerale (una buona purificazione ed un buon arricchimento del minerale riducono notevolmente i problemi legati alla fusione/riduzione), della disponibilità locale di combustibile (talora il carbone diveniva più prezioso dello stesso minerale) e delle qualità richieste al prodotto finale (nel caso del piombo argentifero, ad esempio, la qualità del piombo era subordinata al recupero di tutto l'argento in esso contenuto; a temperature più basse si otteneva infatti un piombo più malleabile, ma si perdeva una notevole quantità di metallo nelle scorie).

Accanto a questi esistono, inoltre, tutta una serie di fattori che dipendono dai sistemi socio-economici e politici e che costituiscono pertanto la complessità del contesto storico delle varie produzioni.

Tutte queste variabili hanno condotto, dunque, a sviluppi indipendenti dei processi di estrazione metallurgica, con caratteristiche peculiari ed adeguate al distretto locale.

In uno studio di archeometallurgia sarà, perciò, necessario, da un punto di vista metodologico, tenere conto delle diverse realtà locali, sia per quanto riguarda gli aspetti giacimentologici e mineralogici, sia da un punto di vista della storia economica di un dato territorio.

Per uno studio globale del lavoro minerario di un filone è necessario distinguere se si tratti di miniere a cielo aperto o di quelle in galleria e, qualora si tratti di coltivazione sotterranea, individuare e documentare anzitutto le vestigia superficiali.

La distribuzione dei lavori in superficie può, infatti, riflettere la geometria sotterranea o l'orientamento del filone. La distribuzione sul terreno e l'importanza di certi resti ci danno informazioni circa la produttività del filone e l'organizzazione dello sfruttamento. Ad esempio una molteplicità di piccoli lavori potrebbe attestare tanto una parcellizzazione delle concessioni (che caratterizza l'inizio dello sfruttamento di un nuovo filone), quanto l'affioramento in superficie della vena mineralizzata, o ancora una febbrile e vana ricerca di un filone considerato molto ricco.

Al contrario, un numero limitato di lavori importanti, potrebbe indicare sia un monopolio delle concessioni oppure l'assenza di minerale vicino alla superficie e, quindi, la necessità di coltivazioni più profonde.

Si consideri poi che in età preindustriale si trovano spesso, all'imbocco della miniera, i resti delle prime fasi di lavorazione meccanica del minerale (selezione, lavaggio e pesta).

L'esame di tali discariche consente molte osservazioni sulla natura dei materiali estratti e sulle proporzioni del lavoro effettuato sul filone, permettendo, ad esempio, una prima stima della profondità della miniera e delle proporzioni del lavoro effettuato sul filone (grazie alla valutazione del rapporto fra minerale e roccia sterile). Inoltre, queste discariche consentono anche di ricostruire le grandi tappe della storia di una miniera, dalle ricerche/prospezioni del filone nella roccia sterile, fino alla scoperta di una zona produttiva.

Dallo studio dei resti sotterranei, suddivisibili genericamente in gallerie di approccio (gallerie realizzate nella roccia sterile per raggiungere il filone) e zone di coltivazione (scavi e gallerie realizzati per lo sfruttamento del filone stesso) è possibile trarre tutta un'altra serie di informazioni, prevalentemente riguardanti la dinamica dei procedimenti di estrazione legati alla individuazione ed analisi delle tracce e striature dei diversi attrezzi utilizzati, del tipo di sezione o pianta delle gallerie, della presenza di canalette, delle tracce.

Processi metallotecnici

Sotto questa categoria rientrano le catene operazionali che portano alla produzione vera e propria del metallo (riduzione del minerale) e alla sua messa in forma (forgiatura) grazie all'uso dell'energia termica fornita dal fuoco e dei processi meccanici messi in atto dall’artigiano.





Schema delle modifiche microstrutturali di un metallo (appartenente al sistema cubico a facce centrate, esagonale o ottaedrico) sottoposto a trattamenti meccanici e termici.
SCOTT D. A., Metallography and Microstructure of Ancient and Historic Metals, Malibu, 1991

Processo diretto

Nell'antichità e per tutto il Medioevo, fino almeno al XIV secolo, la produzione di ferro attraverso il processo diretto richiedeva una serie di lunghe e complesse operazioni prima di poter ottenere un prodotto finito rispondente ai criteri della funzionalità.

In primo luogo erano necessarie alcune operazioni successive all'estrazione e preliminari alla lavorazione vera e propria del minerale, quali pesta e lavaggio, arrostimento, preparazione del combustibile.

Il ferro, inoltre, presenta maggiori difficoltà di lavorazione rispetto agli altri metalli in quanto richiede un'alta temperatura di fusione per risultare puro.

Questo rappresentò uno dei maggiori ostacoli nell'antichità e nel Medioevo, data l'impossibilità di raggiungere una temperatura sufficiente per la fusione (1.536°C) e di ottenere un metallo completamente puro.

Il cosiddetto antichissimo metodo diretto, utilizzato fin oltre il Medioevo in Europa e tradizionalmente usato in Africa fino agli anni '60, permetteva di ottenere, senza giungere alla fusione e per riduzione degli ossidi, soltanto una massa spugnosa del metallo, o bluma, che doveva essere sottoposta ad un'ulteriore lavorazione prima che si potesse ottenere il ferro solido.

Questo procedimento, data l'imperfetta riduzione, comportava che nelle scorie fosse ancora presente un altissimo contenuto di ferro, che poteva superare anche il 40%.

Per un radicale mutamento della qualità del ferro bisognerà attendere l'età moderna, quando lo sviluppo degli altiforni, una maggiore ventilazione, e l'utilizzo del carbon fossile renderà possibile la produzione di gettate di ferro, grazie al raggiungimento di temperature assai elevate.

La temperatura ottenuta nelle fornaci utilizzate con questo metodo, dette bassi fuochi, non era sufficiente per la fusione del ferro, ma soltanto a provocare la formazione di grani di ferro che gradualmente si coagulavano in una massa spugnosa.

Le scorie liquide, costituite per la maggior parte da silice e ossidi non ridotti, colavano nel fondo della fornace o all'esterno di essa, lasciando nella parte superiore del forno, il materiale infusibile.

La massa spugnosa o bluma, così ottenuta era, tuttavia, ancora mista a scorie fluide; per questa ragione, una volta estratta la bluma dal forno (dall'alto nelle fornaci meno evolute e dal basso in quelle più efficienti), essa doveva essere ancora a lungo lavorata (processo di raffinazione della bluma).





Scoria di raffinazione a forma di calotta

Quest'operazione di raffinamento durava, ed era ripetuta, tanto quanto era necessario per ottenere il metallo il più puro possibile. La fusione della ganga o roccia sterile si verificava, al contrario, a basse temperature e senza fondenti.

Questo processo diretto di riduzione del minerale non consentiva una elevata produzione di ferro che, oltretutto, aveva uno scarso tenore di carbonio.

Il ferro così prodotto (anche dopo il processo di raffinazione della bluma), infatti, è dolce, resistente ma privo della durezza necessaria per fabbricare armi ed utensili.

Inoltre, le qualità di questo metallo sono tutt'altro che omogenee, dal momento che sono legate sia al tipo del minerale di ferro trattato in vista dell'ottenimento del lingotto, sia alle abilità tecniche dei singoli artefici.

Per cui anche la messa in forma dell'oggetto richiede un ulteriore processo, ovvero la forgiatura, l'applicazione dei procedimenti termochimici e termomeccnici atti a fornire al prodotto finito i requisiti funzionali e meccanici richiesti.

Processo indiretto

Il passagio al metodo indiretto fu stimolato dal migliore rendimento rispetto al metodo precedente e favorito dalla diffusione generalizzata delle macchine idrauliche applicate alla metallurgia.

Gli artigiani lavoravano con fornaci sempre più grandi che raggiungevano temperature sempre più elevate grazie anche ad una migliore ventilazione.

Già nel XII secolo appaiono, infatti, i primi altiforni in grado di produrre gettate di ferro fuso, la ghisa. Tuttavia, tale produzione non si diffonde in modo generale fino al XVI secolo quando diviene il procedimento più comune.





Ricostruzione grafica di un maglio azionato da energia idraulica

Si pensi, ad esempio, a come l'aumentata richiesta di ferro, nei secoli centrali del medioevo, abbia stimolato per la Toscana la ricerca di una tecnica capace di aumentare la produzione; tale tecnica verrà di lì a poco importata dall'area alpina con la quale esistevano già contatti commerciali per i prodotti ferrosi.

Sembra, infatti, che proprio nelle Alpi sia da localizzare l'epicentro dell'innovazione dell'utilizzo dell'energia idraulica che ha, con il tempo, permesso di passare dal metodo diretto al metodo indiretto di produzione del ferro.

Sommario
ARCHEOMETALLURGIA DELL’ ARGENTO
Argento

Nell’antichità l’argento era connesso al culto delle divinità lunari ed era per valore secondo solo all´oro, anche se, in confronto a questo metallo, è in natura molto più comune.

L’argento nativo, cioè trovato allo stato metallico, fu usato già fino dal VII millennio, mentre le più antiche testimonianze di riduzione dei minerali d’argento attraverso la cupellazione si trovano dal III millennio nel Ponto. L’argento veniva per lo più estratto dalla galena argentifera o dalla cerussite (un carbonato di piombo argentifero). Il minerale veniva introdotto in crogiolo in una fornace a circa 1000°C, con immissione di

ossigeno. Lo zolfo scompariva e il piombo ossidava formando litargirio (ossido di piombo) e permettendo così di recuperare l’argento metallico (cfr. ad es. Craddock 1995, 211-231; 2002, 28).



Leghe di argento

Fin dai tempi più antichi vennero usate due grandi classi di leghe d’argento: una per oggetti di lusso e rappresentanza, impiegati solamente come simbolo di ricchezza e potere e come investimento e l’altra per oggetti che dovevano effettivamente essere usati e maneggiati.(cfr. ad es. Hughes et al. 1979; Lang et al. 1984; Bachmann 1993, Pike et al. 1997, Cowell et al. 1983; Eggert et al. 1990; Weber et al. 1990; Giumlia-Mair 1998c; 2000; 2002). Le leghe per investimento, d’argento più puro, contenevano 1- 4% di rame, mentre quelle per oggetti da maneggiare contenevano tenori di rame tra 10 e 40 %. La presenza di rame rende l’argento più resistente, abbassa il punto di fusione e migliora la colabilità della lega. Leghe d´argento con alti tenori di rame (tra 20 e 40%) venivano anche usate come saldatura per argento più puro (Lang & Hughes 1983; 1985).

Gioielleria in argento si trova soprattutto in Grecia settentrionale ed in Illiria (Williams and Ogden 1994, 1), ma anche nelle Alpi, dove esiste un’antichissima tradizione nell’uso dell’argento (e di leghe che lo imitano) per piccoli oggetti decorativi di uso personale come fibule e spilloni (Giumlia-Mair 1998, 245; 2000, 303 e 305-308).

Lavorazione dell’argento

L’argento è molto duttile e malleabile, può essere colato e lavorato a martellatura, fino a divenire una foglia sottilissima e può essere anche usato per produrre filo ritorto. È inoltre il materiale ideale per lavori a sbalzo di gran pregio, fu infatti impiegato in particolare per vasellame di rappresentanza. Il vasellame veniva formato a martellatura e decorato a repoussé dall’interno, appoggiando la parete del vaso ad un materiale cedevole, come cera, pece, stucco o zolfo.

Decorazione dell’argento

La superficie esterna degli oggetti in argento veniva solitamente decorata a freddo con ceselli di varia misura e punzoni che producevano forme e motivi diversi . Molto spesso le decorazioni venivano sottolineate per mezzo di dorature, per le quali potevano venir usate varie tecniche Oddy 1993, 171; Craddock 1995, 302; Vittori 1979;Giumlia -Mair et al. in stampa).






Specchio romano in argento

Sommario

ARCHEOMETALLURGIA DELL’ORO
Oro

L’oro è sempre stato considerato il metallo più prezioso. E’ infatti l’unico metallo giallo e fin dai tempi più antichi veniva quindi connesso al culto solare. Già nell’età del Bronzo esisteva un intenso commercio di oro e gioielli, particolarmente sulle rotte mediterranee provenienti dalle regioni orientali. Gioielli eseguiti nelle più 2 complesse tecniche di oreficeria - filigrana e granulazione - di provenienza prevalentemente medio-orientale venivano esportati in tutto il mondo conosciuto, in particolare dai Fenici.

Il nome greco dell’oro è chrysos e deriva infatti da lingue semitiche: il suo significato dovrebbe essere “metallo giallo” (Liddell & Scott, 1996, 2001, s.v.).

Nel campo della metallurgia antica sono molti i termini estremamente arcaici che si sono mantenuti attraverso millenni (Makkay 1992) e possono dare preziose indicazioni nelle ricerche metallurgiche.



Estrazione.

L’oro si trova in diversi tipi di depositi: fluviali, detritici o in giacimenti veri e propri. I metodi di estrazione usati nell’antichità si adattavano naturalmente al tipo di giacimento. L’oro fluviale veniva recuperato dalle sabbie aurifere in forma di pagliuzze ed ha ispirato, secondo Strabone,la leggenda del vello d’oro: in Colchide, velli di pecora venivano immersi nel fiume aurifero e la lanolina del pelo tratteneva le pagliuzze d’oro (Str. 11,

2, 19).

La famosa miniera d’oro spagnola di Las Medullas, descritta da Plinio (Nat.Hist., 33, 70-78), è invece un giacimento di tipo detritico e veniva coltivata con il metodo idraulico.



Le grandi miniere d’oro della Nubia, descritte da Diodoro Siculo (3, 12, 1-14) venivano invece scavate con il metodo classico e numerosissima mano d’opera.

Leghe d’oro.

L’oro è altamente malleabile e, allo stato puro, si graffia molto facilmente. Per usi pratici, se non viene cioè usato solamente come riserva aurea in forma di lingotto, deve essere allegato con metalli meno nobili che lo rendono più resistente e meno soggetto ad usura.

Nel corso dei millenni c’è stata una chiara evoluzione nell’impiego delle leghe: dall’uso di oro naturale, contenente sempre percentuali variabili d’argento (tra 5 e 40%)(Waldhauser 1995; Hartmann 1970; 1982; Echt und Thiele 1994; Gobel et al.1991) si è presto passati, soprattutto per migliorare il colore, alla vera e propria allegazione con il rame (Hartmann 1970; 1982; Echt und Thiele 1994; Gobel et al.1991), che nell’oro naturale giunge a percentuali che oscillano intorno al 2 o 3 % (Tylecote 1976, 3-4, Table 3) ed è combinato alle caratteristiche impurità di metalli del gruppo del platino: platino, osmio, iridio e rutenio (Ogden 1976; 1977).

Solo dopo l’invenzione del metodo di purificazione dell’oro e con l’avvento della monetazione, vengono usate

leghe standard, cioè di composizione regolare (Healy 1974; Notton 1974; Ramage and Craddock 2000). L’oro raffinato venne in origine impiegato soprattutto per la monetazione, per garantire un valore fisso. Le più antiche monete d’oro sono quelle del re Creso (VII sec. a.C) e provengono da Sardi in Asia Minore. Il processo di purificazione si diffuse gradatamente, non ovunque nello stesso periodo (Ramage and Craddock 2000; cfr. Cesareo e von Hase 1976), ma in modo relativamente veloce in tutto il Mediterraneo, prendendo il posto dell’oro naturale non allegato e le leghe per gioielleria acquisirono così anch’esse composizioni regolari. La lega più comune divenne quella contenente circa 10 % di argento e fu usata anche in periodo romano (Cowell et al.1983; Pike et al 1997). Più tardi, l’oro venne allegato con argento e rame in percentuali variabili.






Oggetti ornamentali romani

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