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 metales nobles , como oro y plata , de metales base , como plomo , cobre , zinc , arsénico , antimonio o bismuto , presente 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 base. Cuando se calientan a altas temperaturas, los metales preciosos quedan separados y los demás reaccionan formando escorias u otros compuestos. [4]
Desde la Edad del Bronce Antiguo , 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, los ensayos con fuego se utilizaban para analizar minerales: probar metales frescos como el plomo y metales reciclados para determinar su pureza para la fabricación de joyas y monedas . La copelación todavía se utiliza hoy en día. [4] [7]
La plata nativa es un elemento raro. Aunque existe como tal, suele encontrarse en la naturaleza combinado 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). Así, la producción primaria de plata requiere de la fundición y luego copelación de minerales de plomo argentíferos. [8] [4]
El plomo se funde a 327 °C, el óxido de plomo a 888 °C y la plata a 960 °C. Para separar la plata, la aleación se vuelve a fundir a una temperatura alta de 960 °C a 1000 °C en un ambiente oxidante. El plomo se oxida formando monóxido de plomo , entonces conocido como litargirio , que captura el oxígeno de los demás 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 recubría con un material inerte y poroso rico en calcio o magnesio como conchas, cal o cenizas 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 absorción necesaria 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 principales componentes y las condiciones químicas utilizadas en el proceso. Esto permite comprender mejor 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 realizada en un hogar de copelación; la principal diferencia radica en la cantidad de material a ensayar u obtener. Los minerales deben triturarse, tostarse y fundirse para concentrar los componentes metálicos y separar los metales nobles . Ya en el Renacimiento el uso de los procesos de copelación era diverso: ensayo de minerales de las minas, prueba de la cantidad de plata en joyas o monedas o con fines experimentales. [4] [15] [16] Se realizaba en pequeños recipientes poco profundos conocidos como cupelas.
Como el objetivo principal de la copelación a pequeña escala era ensayar y probar minerales y metales, la materia que se va a probar debe pesarse cuidadosamente. Los ensayos se hacían en el copelador u horno de ensayo, el cual debe tener ventanas y fuelles para comprobar que el aire oxida el plomo , así como para estar seguro y preparado para retirar la copela cuando finalice el proceso. Se debe agregar plomo puro a la materia que se está probando para garantizar una mayor separación de las impurezas. Después de que la cupel absorbió el litargirio , se formaron botones de plata que se colocaron en el medio de la cupel. [7] Si la aleación también contenía cierta cantidad de oro, se sedimentaba con la plata , y ambos debían separarse por partida . [17]
La herramienta principal para la copelación a pequeña escala fue la cupel. Las cupelas fueron fabricadas de manera cuidadosa. Antiguamente eran pequeños vasos con forma de cono truncado invertido, fabricados con cenizas de huesos. Según Georg Agricola , [18] el mejor material se obtenía de astas de ciervo quemadas, aunque también podían funcionar espinas de pescado. Las cenizas deben molerse hasta obtener un polvo fino y homogéneo y mezclarse con alguna sustancia pegajosa para moldear las cupelas. Los moldes se hacían de cobre sin fondo, para poder quitar las copas. Se hizo una depresión poco profunda en el centro de la cúpula con un mortero redondeado. Los tamaños de las cupelas dependen de la cantidad de material a ensayar. Esta misma forma se ha mantenido hasta la actualidad.
Investigaciones arqueológicas así como análisis arqueometalúrgicos y textos escritos del Renacimiento han demostrado la existencia de diferentes materiales para su fabricación; podían hacerse también con mezclas de huesos y cenizas de madera, de mala calidad, o moldearse con una mezcla de esta clase en el fondo con una capa superior de cenizas de huesos. [5] [19] [7] Las diferentes recetas dependen de la experiencia del ensayador o del propósito especial para el que fueron hechas (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 tiestos o copelas de barro. [17] [20] [21]
El primer uso conocido de la plata fue en el Cercano Oriente en Anatolia y Mesopotamia durante el cuarto y tercer milenio a.C., [22] [23] la Edad del Bronce Temprano . En diversos yacimientos se han estudiado los hallazgos arqueológicos de objetos de plata y plomo, así como piezas de litargirio y escorias . Aunque esto se ha interpretado como plata extraída de minerales de plomo, también se ha sugerido que se añadió plomo para recolectar plata de minerales de plata visibles incrustados en la roca huésped. En ambos casos la plata se obtendría del metal de plomo mediante copelación. [24]
Durante la siguiente Edad del Hierro , la copelación se hacía fusionando los metales comunes con un excedente de plomo. Luego, el lingote o producto de esta fusión se calentaba en un horno de copelación para separar los metales nobles. [25] Minas como Rio 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 le 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 sustentar la civilización romana en un gran territorio; buscaron minas abiertas de plomo y plata en las zonas que conquistaron. La acuñación de plata se convirtió en el medio de intercambio normalizado, por lo que la producción de plata y el control de las minas dieron 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]
Se desconoce el origen del uso de la copelación para el análisis. Una de las primeras referencias escritas a las cupelas es 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 al 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 extraer y probar los minerales, así como descripciones detalladas de la copelación. Sus descripciones y suposiciones han sido identificadas en diversos hallazgos arqueológicos en la Europa medieval y renacentista. En estas épocas la cantidad de ensayos de fuego aumentó considerablemente, principalmente debido a las pruebas 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 utilizaba para probar joyas. [21] Desde el Renacimiento, la copelación se convirtió en un método de análisis estandarizado que ha cambiado poco, demostrando su eficiencia. Su desarrollo afectó a las esferas de la economía, la política, la guerra y el poder en la antigüedad.
La enorme cantidad de adornos de plata prehispánicos conocidos especialmente de Perú , Bolivia y Ecuador plantea la cuestión de si las civilizaciones prehispánicas obtenían la materia prima de minerales nativos o de minerales de plomo argentífero. Aunque puede haber plata nativa disponible en América , es tan rara como en el Viejo Mundo . Por textos coloniales se sabe que en la época colonial los españoles abrieron minas de plata desde México hasta Argentina , siendo las principales las de Tasco, México , y Potosí en Bolivia.
En los textos coloniales se describían una especie de altos hornos llamados huayrachinas, como 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 se utilizaban antes de la Conquista española. Trabajos etnoarqueológicos y arqueológicos en el Municipio de Porco , Potosí , Bolivia , han sugerido el uso preeuropeo de huayrachinas. [31]
No existen relatos arqueológicos específicos sobre la fundición o minería de plata en los Andes antes de los Incas . En la sierra central peruana se han encontrado artefactos de plata y plomo que datan de los períodos preinca e inca. A partir de la presencia de plomo en artefactos de plata, los arqueólogos sugieren que allí se produjo una copelación. [32]