التصفية

التسييل هو أسلوب تعديني لفصل المعادن عن خاماتها أو سبائكها . يتم تسخين المادة حتى يبدأ أحد المعادن بالانصهار والانفصال عن الآخر، ثم يُجمع. استُخدم هذا الأسلوب على نطاق واسع لإزالة الرصاص المحتوي على الفضة من النحاس ، ولكنه يُستخدم أيضاً لإزالة الأنتيمون من خامات المعادن ، وتكرير القصدير .

ظلت عملية فصل النحاس والفضة باستخدام التسييل، التي وصفها جورج أغريكولا في أطروحته "De re metallica" عام 1556 ، ^{[ 1 ]} دون تغيير تقريبًا حتى القرن التاسع عشر عندما تم استبدالها بعمليات أرخص وأكثر كفاءة مثل الكبرتة، وفي النهاية الطرق التحليلية الكهربائية . ^{[ 2 ]}

كان أول استخدام معروف للتسييل على نطاق واسع في ألمانيا في منتصف القرن الخامس عشر. كان عمال المعادن يعرفون منذ فترة طويلة أن خام النحاس في أوروبا الوسطى غني بالفضة، لذلك لم يكن سوى مسألة وقت حتى يتم اكتشاف طريقة لفصل المعدنين. ^{[ 3 ]}

ذُكرت عملية التسييل لأول مرة في أرشيفات المسبك البلدي في نورمبرغ عام 1453. كانت نورمبرغ إحدى المراكز الرئيسية في ألمانيا لتكرير المعادن وتصنيعها، وكانت رائدة في تقنيات علم المعادن. وسرعان ما انتشرت خمسة مصانع للتسييل حول المدينة، وفي غضون 15 عامًا امتدت في جميع أنحاء ألمانيا وبولندا وجبال الألب الإيطالية . ^{[ 3 ]}

يُعتبر هذا غالبًا بدايةً لعملية التسييل، لكن تشير الأدلة إلى أن التسييل ربما كان موجودًا على نطاق أضيق قبل ذلك بقرون. إن الطبيعة المتطورة لمحطات التسييل في القرن الخامس عشر، المزودة بأفران مصممة خصيصًا، تُعدّ أمرًا مُثيرًا للدهشة بالنسبة لتقنية جديدة. كما وُجدت نسخة أبسط بكثير، ولكنها تتطلب جهدًا أكبر، من هذه الطريقة جلبها البرتغاليون إلى اليابان عام ١٥٩١؛ وربما تكون هذه بقايا طريقة أوروبية سابقة. ^{[ ٤ ]}

يناقش أغريكولا أنواعًا مختلفة من النحاس المُنتَج بعملية التسييل؛ أحدها هو الكالداريوم أو "نحاس المرجل" الذي يحتوي على نسبة عالية من الرصاص، وكان يُستخدم في صناعة المراجل في العصور الوسطى . يُظهر تحليل مراجل القرن الثالث عشر أنها مصنوعة من النحاس بنسبة منخفضة من الفضة ونسبة عالية من الرصاص، وهو ما يتوافق مع النحاس الناتج عن عملية التسييل. ^{[ 5 ]}

ربما كانت عملية التسييل موجودة منذ القرن الثاني عشر؛ ففي كتاب ثيوفيلوس "عن الفنون المتنوعة" أشار إليها بشكل محتمل. ^{[ 4 ]} مع ذلك، لم يكن خبيرًا في علم المعادن، لذا قد لا تكون كتاباته دقيقة، وعلى الرغم من وجود مراجل مماثلة في القرن الثاني عشر، لم يُنشر أي تحليل تركيبي يدعم هذه النظرية. ^{[ 5 ]}

يُعارض فكرة استخدام هذه العملية على نطاق واسع قبل انتشارها في منتصف القرن الخامس عشر، حقيقة أنها كانت تتطلب تنفيذها على نطاق واسع لتكون مجدية اقتصاديًا. لا يوجد دليل على تصفية واسعة النطاق قبل نورمبرغ. كما أن التصفية الفعالة تتطلب ممارسًا ذا مهارة فائقة، ومن غير المرجح أن يُضيّع أي شخص يتمتع بهذه المهارة وقته في أمر غير مربح. ^{[ 3 ]}

يشير البعض إلى أن عملية التسييل كانت موجودة حتى قبل ذلك. تذكر نصوص بابلية من ماري أن "نحاس الجبل" كان يُغسل لإنتاج "نحاس مغسول"، وأن الرصاص كان يُستخدم مع الفضة لإنتاج "فضة مغسولة". يرى البعض أن هذا يدل على أن عملية التسييل كانت تُمارس في الشرق الأدنى منذ الألفية الثانية قبل الميلاد . مع ذلك، من المهم الإشارة إلى أن هذه النصوص لا تذكر تحديدًا استخدام الرصاص مع النحاس لإنتاج الفضة، كما هو متوقع في عملية التسييل. ^{[ 6 ]}

تتطلب عملية التسييل صهر النحاس الغني بالفضة أولاً مع ما يقارب ثلاثة أضعاف وزنه من الرصاص؛ ولأن الفضة أكثر ميلاً للارتباط بالرصاص، فإن معظم الفضة ستستقر داخله بدلاً من النحاس. ^{[ 7 ]} إذا تم فحص النحاس وتبين أنه يحتوي على كمية قليلة جدًا من الفضة تجعل عملية التسييل غير مجدية اقتصاديًا (حوالي 0.31% هو الحد الأدنى المطلوب، ^{[ 2 ]} )، فإنه يُصهر ويُترك ليستقر حتى تغوص معظم الفضة نحو القاع. ثم تُسحب الأجزاء العلوية وتُستخدم لإنتاج النحاس، بينما تُستخدم الأجزاء السفلية الغنية بالفضة في عملية التسييل. ^{[ 1 ]} يمكن سحب سبيكة النحاس والرصاص الناتجة وصبها في قوالب كبيرة محدبة مستوية تُعرف باسم "كعكات التسييل". عندما تبرد المعادن وتتصلب، ينفصل النحاس عن الرصاص المحتوي على الفضة لعدم امتزاجهما .

تُعدّ نسبة الرصاص إلى النحاس في هذه الكعكات عاملاً هاماً لضمان كفاءة العملية. وقد أوصى أغريكولا بنسبة 3 أجزاء من النحاس إلى 8-12 جزءًا من الرصاص. يجب فحص النحاس لتحديد كمية الفضة التي يحتويها بدقة؛ ففي حالة النحاس الغني بالفضة، استُخدمت النسبة الأعلى لضمان وصول أكبر كمية ممكنة من الفضة إلى الرصاص. مع ذلك، يجب أن تكون كمية النحاس كافيةً أيضاً للحفاظ على شكل الكعكات بعد تصريف معظم الرصاص؛ فزيادة النحاس عن الحدّ المطلوب قد تحبس جزءاً من الرصاص داخلها، ما يجعل العملية غير فعّالة للغاية. ^{[ 1 ]}

ظل حجم هذه القوالب ثابتًا منذ أن كتب عنها أغريكولا عام 1556 وحتى القرن التاسع عشر عندما أصبحت هذه العملية قديمة. كان سمكها عادةً يتراوح بين 6.4 و 8.9 سم ، وقطرها حوالي 0.61 متر ، ووزنها بين 102 و170 كيلوغرامًا . هذا الثبات ليس من قبيل الصدفة ، إذ يُعدّ حجم القوالب بالغ الأهمية لسير عملية التسييل بسلاسة. فإذا كانت القوالب صغيرة جدًا ، لن يكون المنتج مُجديًا من حيث الوقت والتكاليف المُنفقة على العملية، وإذا كانت كبيرة جدًا، سيبدأ النحاس بالانصهار قبل استخلاص أقصى كمية من الرصاص. ^{[ 1 ]}    

تُسخّن الكعكات في فرن تسييل ، عادةً أربع أو خمس كعكات في آنٍ واحد، إلى درجة حرارة أعلى من درجة انصهار الرصاص (327 درجة مئوية )، ولكن أقل من درجة انصهار النحاس (1084  درجة مئوية)، بحيث ينصهر الرصاص الغني بالفضة ويتدفق. ^{[ 5 ]} ولأن درجة انصهار الرصاص منخفضة جدًا، فلا حاجة إلى فرن عالي الحرارة، ويمكن استخدام الخشب كوقود. ^{[ 7 ]} من المهم أن تتم هذه العملية في جو مُختزل ، أي جو قليل الأكسجين ، لتجنب أكسدة الرصاص ؛ لذلك تُغطى الكعكات جيدًا بالفحم ، ويُسمح بدخول كمية قليلة من الهواء إلى الفرن. ^{[ 1 ]} مع ذلك، من المستحيل منع أكسدة بعض الرصاص، فيتساقط ويُشكّل نتوءات شائكة تُعرف باسم "أشواك التسييل" في القناة أسفل الموقد. ^{[ 2 ]}

يمكن بعد ذلك استخدام طريقة التكليس القديمة والبسيطة نسبيًا لفصل الفضة عن الرصاص. إذا تم فحص الرصاص وتبين أنه لا يحتوي على كمية كافية من الفضة تجعل عملية التكليس مجدية، فإنه يُعاد استخدامه في كعكات التسييل حتى يحتوي على كمية كافية من الفضة. ^{[ 1 ]}

تُجفف "كعكات التسييل المستنفدة"، التي لا تزال تحتوي على بعض الرصاص والفضة، في فرن خاص يُسخن إلى درجة حرارة أعلى في ظروف مؤكسدة. هذه في جوهرها مرحلة أخرى من التسييل، حيث يُطرد معظم الرصاص المتبقي ويتأكسد ليشكل شوكات التسييل، مع بقاء بعضه على شكل معدن الرصاص. بعد ذلك، يمكن تكرير النحاس لإزالة الشوائب الأخرى وإنتاج معدن النحاس. ^{[ 1 ]}

يمكن إعادة استخدام المخلفات لإنتاج كعكات تسييل جديدة في محاولة لتقليل فقدان المعادن، وخاصة الفضة. ^{[ 1 ]} تتكون المخلفات في الغالب من مخلفات التسييل الناتجة عن عملية التسييل والتجفيف، ولكن ينتج عنها أيضًا بعض الخبث .

هذه العملية ليست فعّالة بنسبة 100%. ففي مصاهر لاوتنتال، وألتناو ، وسانت أندرياسبرغ في جبال هارتس العليا بين عامي 1857 و1860، فُقد 25% من الفضة، و25.1% من الرصاص، و9.3% من النحاس. يُفقد جزء من هذه الكمية في الخبث غير القابل لإعادة الاستخدام، وجزء آخر في عملية تُعرف باسم "الحرق"، بينما يُفقد جزء من الفضة في النحاس المكرر. ^{[ 8 ]} من الواضح إذن أن إمدادًا مستمرًا من الرصاص كان ضروريًا لتعويض ما فُقد في مختلف المراحل.

وصف جون يو. نيف، الخبير في اقتصاديات عصر النهضة ، عملية التسييل بأنها "أكثر أهمية من اختراع المطبعة " لتطوير الصناعة خلال تلك الفترة. ^{[ 9 ]} فقد زادت إنتاج الفضة بشكل هائل. فبين عامي 1460 و1530، ارتفع إنتاج الفضة في أوروبا الوسطى إلى خمسة أضعاف. ^{[ 10 ]} وكان لهذا أثر ثانوي تمثل في خفض تكاليف إنتاج النحاس في وقت ازداد فيه الطلب عليه بسبب احتياجات صناعة النحاس الأصفر ، ^{[ 9 ]} واستخدام النحاس في بناء السفن والأسقف. كما شهد إنتاج الرصاص انتعاشًا ملحوظًا ، بل إن نقص الرصاص المتاح أعاق عملية التسييل إلى أن تم اكتشاف عرق كبير من الرصاص في تارنوفيتس ببولندا . ^{[ 3 ]}

أدى التسييل إلى زيادة في عمليات التعدين، وتهافتت طبقة جديدة من التجار الأثرياء للمشاركة. استثمر بعض أثرى التجار في أوروبا في التعدين، بمن فيهم المصرفي الملكي الفرنسي جاك كور وعائلة ميديشي القوية في فلورنسا. مع ذلك، جاءت معظم الأموال من تجار المدن المجاورة. على سبيل المثال، موّل سكان نورمبرغ مناجم في جبال بوهيميا وهارز. ^{[ 3 ]}

ظهرت العديد من مناجم النحاس والفضة الجديدة. حقق منجم ياخيموف (يواخيمستال) في جبال الخام نجاحًا باهرًا لدرجة أنه تم إصدار عملة معدنية تُسمى " تولار "، والتي أدت إلى ظهور مصطلح " دولار" . ^{[ 3 ]} ومن المناجم الأخرى البارزة: شنيبرغ ، وأنابِرغ (أيضًا في جبال الخام)، وشواز في وادي إن ، ونويزول في المجر . سمحت ثروة التعدين الجديدة بإعادة فتح بعض أكبر مناجم القرون السابقة، مثل مناجم الرصاص والنحاس الحاملة للفضة في راميلسبيرغ . كانت هذه المناجم القديمة قد هُجرت سابقًا بسبب الفيضانات أو الانهيارات أو نقص التكنولوجيا أو ببساطة نقص المال. الآن، أصبح من الممكن حفر آبار أعمق وتصريف المياه بكفاءة أكبر، مما مكّن عمال المناجم من العمل في طبقات كانت بعيدة المنال. ^{[ 9 ]}

ساهمت الثروة الناتجة عن عمليات التصفية في بناء الطرق بين مناطق التعدين والتصنيع، وموّلت تحسينات تكنولوجيا التعدين. ولذلك، تجاوز تأثيرها مجرد زيادة إنتاج الفضة والنحاس، بل ساهمت في إنعاش اقتصاد أجزاء كبيرة من أوروبا، وتعدين معادن أخرى مثل الحديد والزئبق .