Vom Kupfererz zum Metall - archäometallurgische Untersuchungen

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurden archäometallurgische Untersuchungen an kupferhaltigen Erzen aus Gasteil bei Prigglitz, an Schlacken aus dem Kupferschmelzplatz S1 in der Eisenerzer Ramsau und an einem Kupfer-Gusskuchen unbekannten Alters und Herkunft durchgeführt. Die Erze wurden mittels Digitalmikroskop-Aufnahmen ausführlich dokumentiert. Weiters erfolgte eine Betrachtung im REM, sowie die Aufklärung der elementaren Zusammensetzung mittels EDX-Analysen. Primäre sowie sekundäre Kupfermineralien wurden auf beinahe allen untersuchten Proben gefunden und XRD-Analysen bestätigten Chalkopyrit, Malachit und Cuprit. Chalkopyrit liegt in kleineren Aggregaten vor, Malachit überwiegend als krustenartiger Überzug. Zusätzlich sind nadelige, radialstrahlige und büschelartige Malachit-Formationen vorhanden. Eisenhaltige Verwitterungsprodukte wurden in Form von Pseudomorphosen von Goethit nach Pyrit identifiziert. Eine Probe mit schlackenartigem Überzug konnte als Ofenausmauerung identifiziert werden. Der Überzug wurde als tonhaltige Feldspatschicht charakterisiert. Die Schlackenproben wurden mit Lichtmikroskop und REM-EDX-Analyse untersucht. Es wurde darauf geachtet, dass eine Zuordnung zwischen den Gefügebildern und den EDX-Analysen möglich ist. Bei allen untersuchten Proben wurden Olivine, Wüstit und eine glasartige, teilweise kristallisierte Matrix identifiziert. Olivin liegt dabei in isometrischen und nadelartig bis dendritischen Strukturen vor. Wüstit bildet kleinere Körner und ist überwiegend fein im Gefüge bzw. der Matrix verteilt. Vereinzelt werden jedoch auch größere Aggregate ausgebildet. Sulfidische Einschlüsse mit variierenden Gehalten an Kupfer und Eisen wurden identifiziert, wobei die analysierten Proben vermutlich aus einem frühen Schmelzprozess der Kupfergewinnung stammen. Der Kupfer-Gusskuchen wurde vorab mittels RFA untersucht, wobei ca. 4 wt% Arsen auf eine Arsenbronze hindeuten. Der Gusskuchen zeigt ein Mischkristallgefüge mit starken Seigerungseffekten. Intermetallische Cu-As-Phasen sind vor allem an den Korngrenzen vorhanden, bilden zum Teil aber auch größere Aggregate. Es wurde gefolgert, dass der Gusskuchen direkt aus dem Erz entstanden ist und Raffinationsschritte noch nicht durchgeführt wurden. Fahlerze dienten vermutlich als primäre Erzgrundlage.

Within this work, archaeometallurgical investigations were carried out on copper-containing ores from Gasteil near Prigglitz, on slags from the copper smelting site S1 in the Eisenerzer Ramsau and on a copper casting piece of unknown age and origin. The ores were elaborately documented using digital-microscopy images. Furthermore, examinations via SEM were carried out and the elemental composition was determined using SEM-EDX analysis. Primary and secondary copper minerals were found on almost every examined sample. XRD-analysis confirm Chalcopyrite, Malachite and Cuprite. Chalcopyrite occurs in smaller aggregates. Malachite appears mainly in crustaceous coatings. Additionally acicular, radiated and tufted Malachite-formations occur. Ferrous weathering products were determined in the form of pseudomorphs of goethite after pyrite. A sample with a slag-like coating was identified as part of a furnace lining. The coating was characterized as a clayey feldspar layer. The slag-samples were examined via optical microscope and SEM-EDX-analysis. In all samples olivine, wüstite and a glasslike, partially crystallized matrix were determined. Thereby, olivine occurs in isometric, acicular and dendritic structures. Wüstite exists in small grains and is finely distributed in the matrix. To some extent wüstite also forms larger aggregates. Sulfidic inclusions with varying concentrations of copper and iron were determined. The analyzed samples presumably originate from an early smelting process. The copper casting piece was analyzed in advance via XRF spectroscopy. 4 wt% Arsenic indicate an arsenic bronze. The casting piece shows a solid solution structure with distinct segregation. Intermetallic Cu-As-phases are primarily found at grain boundaries. Partially, bigger aggregates are formed. It was concluded that the casting piece is a first smelting product and that refining procedures were not carried out. Presumably fahlore-type minerals primarily functioned as main ores.