La copelación es un proceso de refinación en metalurgia en el que los minerales o metales aleados se tratan a temperaturas muy altas y se someten a operaciones controladas para separar los metales nobles , como el oro y la plata , de los metales básicos , como el plomo , el cobre , el zinc , el arsénico , el antimonio o el bismuto , presentes en el mineral. [1] [2] [3] El proceso se basa en el principio de que los metales preciosos normalmente se oxidan o reaccionan químicamente a temperaturas mucho más altas que los metales básicos. Cuando se calientan a altas temperaturas, los metales preciosos permanecen separados y los demás reaccionan, formando escorias u otros compuestos. [4]
Desde la Edad del Bronce Temprano , el proceso se utilizó para obtener plata a partir de minerales de plomo fundidos. [5] [6] En la Edad Media y el Renacimiento , la copelación era uno de los procesos más comunes para refinar metales preciosos. Para entonces, se utilizaban ensayos de fuego para ensayar minerales: probar metales frescos como el plomo y metales reciclados para determinar su pureza para la joyería y la fabricación de monedas . La copelación todavía se utiliza en la actualidad. [4] [7]
La plata nativa es un elemento poco frecuente. Aunque existe como tal, suele encontrarse en la naturaleza combinada con otros metales o en minerales que contienen compuestos de plata, generalmente en forma de sulfuros como la galena (sulfuro de plomo) o la cerusita (carbonato de plomo). Por lo que la producción primaria de plata requiere la fundición y posterior copelación de menas de plomo argentíferas. [8] [4]
El plomo se funde a 327 °C, el óxido de plomo a 888 °C y la plata se funde a 960 °C. Para separar la plata, la aleación se funde nuevamente a la alta temperatura de 960 °C a 1000 °C en un entorno oxidante. El plomo se oxida a monóxido de plomo , conocido entonces como litargirio , que captura el oxígeno de los otros metales presentes. El óxido de plomo líquido se elimina o absorbe por acción capilar en los revestimientos del hogar. Esta reacción química [9] [10] [11] puede verse como
La base del hogar se excavaba en forma de cazo y se cubría con un material inerte y poroso rico en calcio o magnesio, como conchas, cal o ceniza de huesos. [12] El revestimiento tenía que ser calcáreo porque el plomo reacciona con la sílice (compuestos de arcilla) para formar silicato de plomo viscoso que impide la necesaria absorción de litargirio, mientras que los materiales calcáreos no reaccionan con el plomo. [8] Parte del litargirio se evapora y el resto es absorbido por el revestimiento de tierra porosa para formar "tortas de litargirio". [10] [13]
Las tortas de litargirio suelen ser circulares o cóncavo-convexas, de unos 15 cm de diámetro. Son la evidencia arqueológica más común de copelación en la Edad del Bronce Antiguo . [14] Al analizar su composición química, los arqueólogos pueden discernir qué tipo de mineral fue tratado, sus componentes principales y las condiciones químicas utilizadas en el proceso. Esto permite obtener información sobre el proceso de producción, el comercio, las necesidades sociales o las situaciones económicas.
La copelación a pequeña escala se basa en el mismo principio que la que se realiza en un crisol de copelación; la principal diferencia radica en la cantidad de material a ensayar u obtener. Los minerales tienen que ser triturados, tostados y fundidos para concentrar los componentes metálicos y separar los metales nobles . En el Renacimiento el uso de los procesos de copelación era diverso: ensayar minerales de las minas, probar la cantidad de plata en joyas o monedas o con fines experimentales. [4] [15] [16] Se llevaba a cabo en pequeños recipientes poco profundos conocidos como copelas.
Como el objetivo principal de la copelación a pequeña escala era ensayar y probar minerales y metales, la materia a ensayar debía pesarse cuidadosamente. Los ensayos se hacían en el horno de copelación o ensayo, que debía tener ventanas y fuelles para comprobar que el aire oxida el plomo , así como para estar seguro y preparado para retirar la copela cuando se completara el proceso. Se debía añadir plomo puro a la materia que se estaba ensayando para garantizar la separación adicional de las impurezas. Después de que el litargirio había sido absorbido por la copela, se formaban botones de plata y se depositaban en el centro de la copela. [7] Si la aleación también contenía cierta cantidad de oro, se depositaba con la plata , y ambos debían separarse mediante separación . [17]
La herramienta principal para la copelación a pequeña escala era la copela. Las copelas se fabricaban de manera cuidadosa. Solían ser pequeños recipientes con forma de cono truncado invertido, hechos de cenizas de huesos. Según Georg Agricola , [18] el mejor material se obtenía de astas de ciervo quemadas, aunque también podían funcionar las espinas de pescado. Las cenizas deben molerse hasta obtener un polvo fino y homogéneo y mezclarse con alguna sustancia pegajosa para moldear las copelas. Los moldes se hacían de cobre sin fondo, de modo que las copelas se pudieran quitar. Se hacía una depresión poco profunda en el centro de la copela con un mortero redondeado. Los tamaños de las copelas dependen de la cantidad de material a ensayar. Esta misma forma se ha mantenido hasta el presente.
Las investigaciones arqueológicas, así como los análisis arqueometalúrgicos y los textos escritos del Renacimiento , han demostrado la existencia de diferentes materiales para su fabricación; podían estar realizados también con mezclas de huesos y cenizas de madera, de mala calidad, o moldeados con una mezcla de este tipo en el fondo con una capa superior de cenizas de hueso. [5] [19] [7] Las diferentes recetas dependen de la pericia del ensayador o del propósito especial para el que se realizó (ensayos para acuñación , joyería, prueba de pureza de material reciclado o monedas). La evidencia arqueológica muestra que en los inicios de la copelación a pequeña escala se utilizaban fragmentos de cerámica o copelas de arcilla. [17] [20] [21]
El primer uso conocido de la plata se produjo en Oriente Próximo , en Anatolia y Mesopotamia, durante el cuarto y tercer milenio a. C., [22] [23] la Edad del Bronce Temprano . Se han estudiado hallazgos arqueológicos de objetos de plata y plomo, junto con piezas de litargirio y escoria , en diversos yacimientos. Aunque se ha interpretado que la plata se extraía de minerales de plomo, también se ha sugerido que se añadía plomo para recoger plata de los minerales de plata visibles incrustados en la roca madre. En ambos casos, la plata se recuperaría del metal plomo mediante copelación. [24]
Durante la siguiente Edad del Hierro , la copelación se hacía fusionando los metales básicos con un excedente de plomo. El lingote o producto de esta fusión se calentaba entonces en un horno de copelación para separar los metales nobles. [25] Minas como la de Río Tinto , cerca de Huelva en España , se convirtieron en un importante sitio político y económico alrededor del mar Mediterráneo , así como Laurion en Grecia . [26] Alrededor del año 500 a. C., el control sobre las minas de Laurion dio a Atenas ventaja política y poder en el Mediterráneo para que pudieran derrotar a los persas . [27]
Durante la época romana , el imperio necesitaba grandes cantidades de plomo para sostener la civilización romana en un gran territorio; buscaron minas de plomo y plata a cielo abierto en las zonas que conquistaron. La acuñación de monedas de plata se convirtió en el medio de intercambio normalizado, por lo que la producción de plata y el control de las minas otorgaron poder económico y político. En la época romana, valía la pena extraer minerales de plomo si su contenido de plata era del 0,01 % o más. [28]
No se conoce el origen del uso de la copelación para el análisis. Una de las primeras referencias escritas a las copelas es la de Theophilus Divers Ars en el siglo XII d. C. [29] El proceso cambió poco hasta el siglo XVI. [21]
La copelación a pequeña escala puede considerarse el ensayo de fuego más importante desarrollado en la historia, y quizás el origen del análisis químico. [5] La mayor parte de la evidencia escrita proviene del Renacimiento en el siglo XVI. Vannoccio Biringuccio , [30] Georg Agricola y Lazarus Ercker , entre otros, escribieron sobre el arte de la minería y la prueba de los minerales, así como descripciones detalladas de la copelación. Sus descripciones y suposiciones se han identificado en diversos hallazgos arqueológicos a lo largo de la Europa medieval y renacentista. En estos tiempos, la cantidad de ensayos de fuego aumentó considerablemente, principalmente debido a la prueba de minerales en las minas para identificar la disponibilidad de su explotación. Un uso principal de la copelación estaba relacionado con las actividades de acuñación, y también se utilizó para probar joyas. [21] Desde el Renacimiento, la copelación se convirtió en un método estandarizado de análisis que ha cambiado poco, lo que demuestra su eficiencia. Su desarrollo tocó las esferas de la economía, la política, la guerra y el poder en la antigüedad.
La enorme cantidad de adornos de plata prehispánica conocidos especialmente en Perú , Bolivia y Ecuador plantea la pregunta de si las civilizaciones prehispánicas obtuvieron la materia prima de minerales nativos o de minerales argentíferos-plomo. Aunque la plata nativa puede estar disponible en América , es tan rara como en el Viejo Mundo . De los textos coloniales se sabe que las minas de plata fueron abiertas en tiempos coloniales por los españoles desde México hasta Argentina , siendo las principales las de Tasco, México y Potosí en Bolivia.
En los textos coloniales se describen algunos tipos de altos hornos llamados huayrachinas, hornos de tecnología nativa utilizados en Perú y Bolivia para fundir los minerales provenientes de las minas de plata propiedad de los españoles. Aunque no es concluyente, se cree que este tipo de hornos fueron utilizados antes de la conquista española. Trabajos etnoarqueológicos y arqueológicos en el municipio de Porco , Potosí , Bolivia , han sugerido el uso pre-europeo de huayrachinas. [31]
No existen registros arqueológicos específicos sobre la fundición o la minería de plata en los Andes antes de los incas . Se han encontrado artefactos de plata y plomo en la sierra central peruana que datan de los períodos preinca e inca. A partir de la presencia de plomo en los artefactos de plata, los arqueólogos sugieren que allí se produjo la copelación. [32]