Bakar kao prvi obrađen metal
Bakar je jedan od najranijih metala koje su ljudi otkrili i prvi koji su ljudi naučili koristiti. Budući da se bakar u nekim ležištima javlja u metalnom stanju, mogao se oblikovati čekićem prije nego što je neko shvatio kako se topiti ruda, a tako napravljeni češeri, ekseri i ukrasi predstavljaju početak obrade metala.
U Kini je upotreba crvenog bakra iskovanog direktno iz prirodnog bakra zabilježena od prije oko četiri hiljade godina u periodu Xia. Analiza gotovo dvadeset bronzanih artefakata otkrivenih na lokalitetu Huangniangniang Terrace u Wuweiu, Gansu, 1957. i 1959. godine pokazala je sadržaj bakra od čak 99,63 % do 99,87 %, što ih je identificiralo kao suštinski čisti bakar, a ne kao potpuno bron.
Od čistog bakra do namjernog legiranja
Korak od prirodnog bakra do namjernog legiranja označava početak metalurgije bronze. Dodavanje kalaja snizilo je tačku topljenja i podiglo tvrdoću gotovog alata, a promjena se brzo širila jer je omogućila bolje rezne rubove u pećima tog perioda. Iskopavanja u Yinxu u blizini Anyanga dala su značajne dokaze o razmjerima te industrije, uključujući nalaz malahita prijavljen od 18,8 kg i ostatke šljake i šljake od oko 21,8 kg, što pokazuje da se ruda prerađivala na licu mjesta, a ne trgovala samo kao gotovi predmeti.
Kineski zapis također dokumentira pojavu livenja bronze kao aktivnosti koju podržava država. Ovladavanje sistemom bakra-kalaja zahtijevalo je kontrolu temperature peći, vježbu u loncima i dizajn kalupa, a te vještine čine tehničku osnovu na kojoj je kasnije izgrađeno rafiniranje bakra.
Topljenje, rafiniranje i rana mokra ekstrakcija
Tehnologija ekstrakcije je napredovala uz legiranje. U 13 kada je rastvor prošao preko gvozdenih strugotina, metalni bakar se istaložio, a tanki sloj bakra se mogao odvojiti i prikupiti. Ovaj put cementacije bio je glavni izvor bogatstva za okrug u to vrijeme.
Najranija metoda vađenja bakra u Kini koristila je prirodna jedinjenja bakra za mokro topljenje bakra. Reakcija u kojoj gvozdeno oruđe istiskuje bakar iz rastvora bakar sulfata, zabeležena u Huainanzi Wanbishu, nije samo poreklo hidrometalurške prakse već i pravi izum u istoriji hemije. Oslanja se na isti princip koji se danas koristi u krugovima za ekstrakciju rastvarača i elektropobjeda, gdje se bakar u otopini vraća na katode.
Bakar u tradicionalnoj proizvodnji
Do kasnog bronzanog doba, u Kini je već uspostavljena vertikalna rafinacija peći, a obim proizvodnje je u skladu s tim rastao. Proizvodnja bakra dostigla je oko 7.300 tona u prvoj godini vladavine Yuanfeng dinastije Song, što odgovara 1078. godini, što ukazuje da je metalurgija bakra dostigla značajan nivo organizacije i kontrole.
Ta brojka je poučna za savremenog čitaoca: pokazuje da je bakar dugo bio industrijski metal u rasutom stanju, te da pokretači potražnje - kovanog novca, posuda, alata i konstrukcije - po strukturi, ako ne i po obimu, liče na pokretače moderne potrošnje.
Od tradicionalnih metala do standardnih kvaliteta
Moderna industrija zamijenila je trgovačka imena i lokalnu praksu sistemom označavanja. EN 1412 obezbjeđuje evropski okvir za označavanje koji proizvodi nazive kao što su Cu-ETP (CW004A) za bakar otpornog elektrolita i Cu{4}DHP (CW024A) za fosfor-deoksidirani bakar, razred također poznat kao UNS C12200. Standardi za dalje proizvode zatim utvrđuju zahtjeve: EN 1172 za bakarni lim i traku koji se koriste u građevinarstvu, EN 12449 za bešavne okrugle bakrene cijevi za opću namjenu, EN 1057 za cijevi za vodu i plin i ASTM B152/B152M za lim, traku, ploču i valjanu šipku.
Katoda, sirovina za sve ove proizvode, je sama po sebi standardizirana: EN 1978 definira Cu-CATH-1 razred, a ASTM B115 pokriva elektrolitičku bakarnu katodu, tako da se proizvodnja topionice može trgovati i topiti bez sporova u ponovnoj analizi. Rezultat je lanac snabdijevanja u kojem dizajner može specificirati provodljivost, temperament i dimenziju standardnim brojem i primiti materijal koji se ponaša prema očekivanjima, gdje god da je proizveden.
Često postavljana pitanja
P: Zašto je bronza zamijenila čisti bakar?
O: Dodavanje kalaja smanjilo je tačku topljenja i povećalo tvrdoću, tako da su bronzani alati držali bolju ivicu, a legura je bila lakša za livenje u pećima dostupnim u to vreme.
P: Koja je bila najranija tehnika vađenja bakra?
O: Vlažna ekstrakcija, u kojoj je bakar precipitiran iz rastvora bakar sulfata gvožđem, praktikovano je rano i zabeleženo je u kineskim tekstovima; ista hemija je u osnovi modernog hidrometalurškog oporavka.
P: Kako je bakar specificiran danas?
O: Oznakom i standardom, a ne trgovačkim nazivom, na primjer Cu-DHP prema standardu proizvoda kao što je EN 12449 za cijevi ili EN 1172 za građevinski lim.
P: Da li je drevni bakar isti materijal kao i savremeni komercijalni bakar?
O: Hemijski je to blizu, ali moderni tipovi se proizvode sa kontrolisanim nivoima zaostatka i sertifikovani su analizom, što je ono što omogućava da se garantuje provodljivost i ponašanje u proizvodnji.
