Evaluating copper isotope fractionation in the metallurgical operational chain: an experimental approach

评估冶金操作链中的铜同位素分馏:实验方法

基本信息

项目摘要

Until today information about archaeological copper objects and linkage to their ores is mainly gained from impurities in the metal (e. g. lead). Only rarely the copper itself was characterised geochemically by using both stable copper isotopes 63Cu and 65Cu. This is routed in the lack of systematic studies analysing their isotopic fractionation during the smelting of copper ores. Without this knowledge, a reliable link between ore and metal cannot be established. In contrast to lead isotopes a considerable fractionation can be expected. This is particularly true for the roasting of sulphidic copper ores and the subsequent separation of the copper sulphides and oxides during smelting. However, past studies were limited to the smelting of pure malachite and do not represent the full spectrum. The submitted project aims to establish the first systematic approach to Cu isotope fractionation during the smelting process. To reach this goal, smelting experiments with copper sulphides will be conducted in accordance with archaeological evidence from the Mitterberg region. Additionally based on early metallurgical findings from the Ancient Near East oxide copper ore will be smelted in crucibles. The materials obtained from the experiments will be analysed for their copper isotopes. Based on the combination of analytical results and the data obtained during the experiments (e. g. temperatures) a mass balance model will be established. This model will allow calculation of the copper isotope fractionation during the smelting process, to establish a profound scientific base for the existing archaeometallurgical application of copper isotopes and perhaps to identify new applications.
直到今天,有关考古铜器及其与其矿石的联系的信息主要是从金属中的杂质(例如铅)获得的。用稳定的铜同位素63Cu和65Cu对铜本身进行地球化学表征的情况很少。这是由于缺乏系统的研究来分析它们在铜矿冶炼过程中的同位素分馏。如果没有这些知识,就无法在矿石和金属之间建立可靠的联系。与铅同位素相反,可以预期会有相当大的分馏作用。这对于硫化铜矿的焙烧以及随后在冶炼过程中分离铜的硫化物和氧化物尤其如此。然而,过去的研究仅限于纯孔雀石的冶炼,并不能代表全部光谱。提交的项目旨在建立冶炼过程中铜同位素分馏的第一个系统方法。为了实现这一目标,将根据密特伯格地区的考古证据进行硫化铜冶炼实验。此外,根据古代近东地区的早期冶金发现,铜矿将在熔炉中熔炼。从实验中获得的材料将被分析其铜同位素。基于分析结果和实验期间获得的数据(例如温度)的组合,将建立质量平衡模型。该模型将能够计算冶炼过程中铜的同位素分馏,为现有的铜同位素的考古冶金应用奠定深厚的科学基础,并可能确定新的应用。

项目成果

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Verhüttungsexperimente mit Chalcopyrit-Erz nach Vorbildern aus dem bronzezeitlichen Ostalpenraum und Nepal
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  • DOI:
    10.23689/fidgeo-3706
  • 发表时间:
    2019
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    0
  • 作者:
    Hanning
  • 通讯作者:
    Hanning
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