INGENIERÍA, TECNOLOGÍA E INFORMÁTICA

Caracterización de desechos de fundición arqueológicos: la metalurgia colonial en Fundiciones 2, Rinconada, Jujuy

Characterization of archaeological slag: the colonial metallurgy of Fundiciones 2, Rinconada, Jujuy

 

M. Florencia Becerra^1,*, Nicolás Nieva², Carlos I. Angiorama¹

¹ Instituto Superior de Estudios Sociales (CONICET) - Instituto de Arqueología y Museo, Facultad de Ciencias Naturales e Instituto Miguel Lillo, Universidad Nacional de Tucumán, San Martín 1545, San Miguel de Tucumán, Tucumán, Argentina.
² Laboratorio de Física del Sólido, Departamento de Física, Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, Universidad Nacional de Tucumán, Avenida Independencia 1800, San Miguel de Tucumán, Tucumán, Argentina.
* E-mail: florenciabecerra@gmail.com

Trabajo presentado en el 13º Congreso Internacional de Metalurgia y Materiales, SAM-CONAMET 2013

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Resumen

Fundiciones 2, Rinconada, Jujuy, instalación metalúrgica probablemente de finales del siglo XVIII, consta de dos recintos adosados, un refugio techado y cinco hornos de reverbero, tres de los cuales se encuentran dentro de un tercer recinto. Se presentan los resultados de los estudios microscópicos y de caracterización química de los desechos de fundición recuperados allí, para dar a conocer la naturaleza de la carga mineral y las condiciones de los procesos metalúrgicos desarrollados.
La metodología consistió en la observación y análisis mediante microscopio óptico, microscopio electrónico de barrido (MEB con espectrometría de energía dispersiva de rayos X EDRX) y microsonda analítica de electrones (MAE con espectrometría dispersiva de longitud de onda EDLO) de escorias metalúrgicas recuperadas en la excavación de dos hornos y dos recintos. Estos resultados, junto a la información contextual, permiten comprender el funcionamiento de esta instalación y aproximarnos a la tecnología de la metalurgia extractiva de minerales de plomo y plata durante el período colonial en la región.

Palabras clave: Escorias; Metalurgia; Hornos de fundición; Período colonial; Arqueología.

Abstract

Fundiciones 2, Rinconada, Jujuy, a metallurgical facility in operation probably since the late eighteenth century, consists of two attached rooms, a roofed shelter and five reverberatory furnaces, three of them are inside another structure. This paper presents the results of microscopic studies and chemical characterization of slag samples recovered there, to further the understanding of the nature of the smelted minerals and the conditions of metallurgical processes developed.
The methodology employed was observation and analysis by means of optical microscope, scanning electron microscope (SEM with energy dispersive spectrometry EDS) and electron microprobe microanalysis (EPMA with wave-length dispersive spectrometry WDS) of metallurgical slag recovered during the excavation of two furnaces and two enclosures. These results, and the contextual information, help to understand the operation of this facility and to explore the technology used in extractive metallurgy of lead and silver ores during the colonial period in the region.

Keywords: Slag; Metallurgy; Foundry Furnaces; Colonial Period; Archaeology.

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Introducción

Este trabajo se enmarca dentro de un proyecto de investigación mayor centrado en el análisis de las prácticas minero-metalúrgicas desarrolladas en la llamada Puna de Jujuy durante momentos prehispánicos y coloniales. En esta oportunidad se presentan los primeros resultados obtenidos mediante un estudio sistemático de la instalación metalúrgica de Fundiciones 2, un complejo metalúrgico probablemente construido durante la segunda mitad del siglo XVIII. Éste se encuentra a unos pocos kilómetros de Santo Domingo, localidad fundada durante la colonia a partir de la explotación aurífera del área. Asimismo, se localiza a unos 2,5km en línea recta de un rico yacimiento de plomo, plata y zinc, conocido como Mina Chinchillas, al lado del cual se ha identificado otro complejo de hornos de reverbero, Fundiciones 1, que hemos estudiado en profundidad en otra oportunidad ^{[1, 2]}.
Fundiciones 2 presenta ciertas particularidades que la diferencian del resto de los complejos registrados arqueológicamente en la región de la Puna de Jujuy. La misma consta de dos recintos adosados, un refugio techado y cinco hornos de tipo reverbero, tres de los cuales se encuentran dentro de una estructura construida especialmente para albergarlos. Ésta es de planta rectangular (14m x 3m) y de 2m de altura y posee en uno de sus muros siete vanos rectangulares con dintel: tres menores (anchos y bajos), en el lugar donde se encuentra la caja de fuego de cada uno de los hornos, y cuatro mayores (altos y angostos), intercalados con los anteriores. En el lado opuesto se observan tres vanos que coinciden con las chimeneas de dichos hornos. Por último, en uno de los muros laterales del recinto se localiza otro vano, orientado hacia donde se encuentra el cuarto horno, externo, con una bóveda de 2m de diámetro interior. Presenta tres orificios de respiración en uno de sus laterales mientras que en el otro se encuentra derrumbado. A 8 metros de éste, se halla el quinto horno, de reducidas dimensiones (la bóveda presenta menos de 80 cm de diámetro externo) (Figuras 1 y 2).

Figura 1: Vista general del complejo Fundiciones 2.

Figura 2: Vista del recinto que alberga tres hornos de reverbero (de arriba hacia abajo, hornos 1 a 3).

Además de la disposición de los distintos hornos (interior y exterior de la estructura) y de las diferentes dimensiones y número de orificios de respiración, se ha observado que las paredes internas de las bóvedas de los tres hornos internos presentan vitrificación de color amarilla, mientras que en el cuarto horno, externo, la misma es de un verde oscuro, recubriendo también parte del suelo. En el caso del quinto, en éste no se identifica este tipo de alteración, con excepción de las paredes internas de la chimenea. La diversidad observada entre los distintos hornos nos ha llevado a suponer el empleo de los mismos para etapas diferentes en el proceso metalúrgico.
Para el estudio de esta instalación se realizó un registro minucioso de la arquitectura y estructuras de fundición identificadas. También se efectuaron recolecciones superficiales sistemáticas y sondeos en sectores seleccionados. Más allá de una gran cantidad de residuos de fundición en superficie y en excavación, no se registró otro tipo de material cultural (cerámica, lítico, óseo, vidrio, etc.). Dadas las posibilidades que brindan los estudios de caracterización de escorias metalúrgicas para la comprensión de los procesos técnicos desarrollados en instalaciones arqueológicas semejantes ^{[3, 4, 5]}, se decidió continuar el estudio de Fundiciones 2 a partir del análisis de dichos residuos.
El objetivo de este trabajo es presentar los resultados obtenidos mediante estudios microscópicos y de caracterización química de una muestra seleccionada de las escorias recuperadas en este sitio, de modo tal de conocer la naturaleza de la carga mineral y las condiciones de los procesos metalúrgicos desarrollados, permitiéndonos de este modo alcanzar una mejor comprensión acerca del funcionamiento de Fundiciones 2.

Materiales y Métodos

En pos de identificar qué tipo de procesos se desarrollaron en los hornos presentes en Fundiciones 2, se seleccionó en total una muestra de 42 escorias (9 provenientes del horno 1, 12 del horno 4, 9 del recinto 1, 8 del recinto 2 y 4 de recolección superficial en el espacio entre recintos). Las mismas fueron preparadas para su observación microscópica mediante su inclusión en acrílico, desbaste y pulido con pulidora metalográfica (PRAZIS PUL 01). Para ello, se utilizaron papeles abrasivos de distinta granulometría (desde 220 hasta 1200) y paños con pasta de diamante (hasta 1 micrómetro). Las probetas fueron observadas, en primera instancia,en un microscopio óptico (MO) metalográfico de reflexión Olympus BX-60M. En ningún caso se procedió a atacar químicamente las superficies de las probetas obtenidas.
En base al estudio de las micrografías del total de la muestra, se seleccionaron seis probetas (tres de cada tipo de horno -M1, M3 y M5 de horno 1; M9, M10 y M37 de horno 4-) para ser analizadas mediante microscopio electrónico de barrido (MEB). Para ello, las probetas fueron grafitadas. En las fases detectadas de las distintas microestructuras se realizaron análisis cuali-cuantitativos, de modo preliminar, por espectrometría de energía dispersiva de rayos X (EDRX) y luego se procedió a efectuar mediciones puntuales y mapas de composición por microsonda analítica de electrones, MAE, con espectrometría dispersiva de longitud de onda, EDLO (JEOL Modelo JXA 8230). Los análisis fueron realizados en el LAMARX, Facultad de Matemática, Astronomía y Física, Universidad Nacional de Córdoba. La interpretación de los datos se realizó fase por fase identificada en cada probeta y sobre la base de la bibliografía de estudios arqueométricos similares ^{[3, 6, 7]}, de tratados de mineralogía y de interconsultas con especialistas.

Resultados

Microscopia óptica
La observación del total de la muestra bajo microscopio óptico permitió obtener un primer panorama de las características generales de las escorias. Aquéllas provenientes de los hornos 1 y 4, a diferencia de lo presupuesto en base a sus dimensiones, localización y características generales, mostraban grandes similitudes entre sí.
En líneas generales, se distingue un patrón semejante en todas las probetas, las cuales se componen de una matriz vítrea predominante, homogénea. Solo en casos puntuales las matrices resultan más complejas. Se detectan tres tipos de inclusiones: unas alargadas oscuras, opacas y dispersas, otras circulares de aspecto metálico y un tercer tipo, brillantes irregulares o circulares también, que en la mayoría de los casos presenta una fase intermedia, de tonalidad gris, rodeando el borde de grano. En algunas, además, se observan pits de clivaje, de forma triangular (Figuras 3 y 4).

Figura 3: Detalle de las fases presentes en la probeta M10 proveniente del horno 4: matriz, inclusión brillante, fase intermedia y fase de aspecto metálico. También se observan los pits se clivaje. MO, 25x.

Figura 4: Detalle de las fases presentes en la probeta M1. Micrografía MEB, 190x.

Composición cuali-cuantitativa
Como se ha mencionado, en base a las observaciones preliminares, se seleccionaron seis probetas para efectuar análisis cuali-cuantitativos y caracterizar las fases identificadas mediante MAE.
Las matrices de las escorias, no importa su asociación a los hornos, presentan todas una composición muy semejante: entre 18 a 24%w de SiO₂ y un promedio de 56%w de PbO (Tabla 1). Se observa una composición constante de Al₂O₃ entre 4 y 6%w. La probeta M10 varía un poco más que las demás, con mayor porcentaje de SiO₂ (llega a 28%w), de CaO y de ZnO que el resto, disminuyendo la proporción de PbO. Sin embargo, no es representativa del horno 4 (se observa que la probeta M9 es casi idéntica a las del horno 1) y se encuentra entre valores considerables de variación en escorias de este tipo de hornos.

Tabla 1: Composición en porcentaje en peso (%w) de las matrices de cinco probetas, en los distintos puntos medidos en cada probeta.

En cuanto a las inclusiones oscuras, alargadas (Figura 4), éstas están compuestas por SiO₂ en un 35%w y CaO en un 30%w, con altos porcentajes de ZnO también. El zinc parece concentrarse en la matriz y en estas inclusiones no metálicas, mientras que en las metálicas no se lo encuentra en altas proporciones. En la fase de aspecto metálico, en cambio, se detectaron porcentajes de Pb que varían del 75 al 84%w, casi llegando al total cuantificado (sin detectar oxígeno). Por sus características, se puede hablar de una fase de PbO con bajísimos porcentajes de Cu y de Ag, aunque en la probeta M10 se detectó alrededor de 7%w de Ag.
La fase brillante circular o irregular, como se puede observar en la Tabla 2, está compuesta por sulfuro de plomo, en una proporción promedio de 14%w de S y alrededor de 85%w de Pb, con variados porcentajes de cobre y plata.

Tabla 2: Composición de la fase brillante, circular o irregular, en porcentaje en peso (%w), en distintos puntos de las seis probetas

Por último, en relación a las fases intermedias, se observan dos tonalidades diferentes, que, de acuerdo con los resultados obtenidos, dependen de la cantidad de Cu presente, en una relación inversa con el contenido de Pb (en el tono más claro, el Cu varía entre 38 a 52%w, mientras que en el más oscuro va desde 40 a 81%w) (Figura 5).

Figura 5: Mapeo de composición (a 230x) que muestra la distribución del plomo, plata, cobre y azufre en una de las inclusiones claras, con fases intermedias y fase de aspecto metálico de la muestra 10. La escala de colores fríos a cálidos indica la concentración ascendente del elemento en cuestión (azul: menor concentración; rojo: mayor concentración).

En cuanto a la presencia de plata en las escorias analizadas, los porcentajes detectados son considerablemente bajos, con excepción de una de las probetas, que es parte del piso vitrificado del horno nº 4 (M37). En ella, se identifica un porcentaje promedio de 10%w de Ag, llegando a un 24%w en pequeñas inclusiones, también circulares pero con fases no tan claras como las que se presentan en las otras probetas.

Discusión

A partir de los resultados obtenidos tanto en campo como en laboratorio se pueden establecer una serie de cuestiones sobre el funcionamiento de esta instalación. En cuanto al empleo de los hornos, los estudios microscópicos y de caracterización química de los desechos de fundición recuperados permiten afirmar que allí se efectuaba la metalurgia extractiva de minerales de plomo, cobre y plata, probablemente con el objetivo de obtener esta última.
En un esquema teórico, de acuerdo con las descripciones de la época ^{[8, 9]}, en los hornos de reverbero se colocaba el mineral a fundir, -por ejemplo, galena argentífera-, en trozos, sobre el piso preparado de la bóveda, sin crisoles. En la caja de fuego se quemaba el combustible (yareta o queñoa), mientras que la llama y los otros productos de combustión se movilizaban hacia la carga mineral en la bóveda, en el trayecto a la salida por la chimenea. El calor de la bóveda se transmite así por radiación hacia la carga que queda debajo. Esto resulta claro para el horno 4, externo, en donde la bóveda presenta un piso vitrificado que ha sido extraído en parte, seguramente con intenciones de volver a fundir para obtener el metal que haya quedado entrampado (la probeta M37, extraída de este piso, es la que conserva la mayor cantidad de plata detectada) (Figura 6).

Figura 6: Detalle del piso vitrificado de la bóveda del horno 4.

Las escorias analizadas son características de este proceso de metalurgia extractiva: los sulfuros de plomo ricos en plata al fundirse habrían liberado, en una primera etapa, el azufre en forma de S₂O, aunque, como se observa, no en su totalidad, ya que parte de la galena fundida, habría vuelto a solidificarse con su composición original (fase clara en Figura 4). El resto del plomo se habría aleado con la plata y el cobre metálico, como óxido de plomo (fase de aspecto metálico en Figura 4), mientras que gran parte de este elemento habría reaccionado con el sílice y el aluminio de los minerales arcillosos (parte del horno, de la mena o del sedimento del piso del horno), formando la matriz vítrea rica en plomo presente en todas las escorias. A pesar de la presencia de galena re-solidificada, que indicaría ciertas fallas en la eficiencia de los procesos, es destacable que es baja la presencia de plata en todas las escorias (con excepción del piso vitrificado del horno, que habría atrapado parte del metal). El cobre por el contrario, es más abundante en las inclusiones de galena, especialmente en las fases intermedias.
Por el contrario, el empleo del horno 1 resulta aun poco claro. Las escorias recuperadas durante su excavación no presentan diferencias significativas con las del horno 4, aunque el análisis detallado de la bóveda y caja de fuego, como también de su ubicación en un recinto techado, sugiere que fueron empleados para diferentes funciones. Se debe destacar, por ejemplo, que no solo hay una ausencia de piso vitrificado en la bóveda del horno 1, sino que la excavación mostró una capa de ceniza blanquecina de 20 cm de espesor. Ante esta situación, se sugiere que las escorias analizadas, a pesar de haber sido recuperadas en excavación, hayan sido parte del sedimento de relleno que colmató el horno 1 y no desechos de la actividad desarrollada allí. En ese caso, los tres hornos dentro del recinto pudieron haber sido empleados para el proceso de refinación, en el que no se producirían este tipo de residuos. El tratado de Alonso Barba afirma que la refinación de la plata se hace también en hornos de reverberación pero de menor tamaño ^[9]. Bargalló ^[10] relata que para la copelación se prepara el piso del horno de reverbero con cenizas y caolín, bien apisonado, pero dejando cavidades pequeñas o copelas, donde se colocaba la aleación plúmbica. La cendrada (preparación de ceniza y arcilla sobre la que se realizaba la refinación) embebía, entonces, el plomo. Según Alonso Barba, la que sólo contiene este metal es de color amarillo por dentro, mientras que la que tiene tonalidad oscura, también contiene plata y debe guardarse para refinarse de nuevo. Según los estudios etnoarqueológicos realizados por el equipo de M. Van Buren ^{[4, 11]} el proceso de copelación se realiza en hornos de reverbero pequeños, en recintos techados, lo que se asemejaría a los tres hornos hallados en Fundiciones 2. El horno 5, de pequeñas dimensiones, en el que no se encontraron escorias de fundición y que presenta también una capa de ceniza en la bóveda, habría servido para funciones semejantes. Por otra parte, la coloración indicada por Alonso Barba para la ceniza y la arcilla se asemeja a la de las paredes de los diferentes hornos.

Conclusiones

Este trabajo ha presentado los resultados obtenidos mediante el análisis composicional de una muestra acotada de las escorias de fundición recuperadas en Fundiciones 2. Aunque el estudio de esta instalación se encuentra aún en curso, el objetivo de este artículo es dar cuenta de las posibilidades que brindan este tipo de análisis en la comprensión del funcionamiento de un sitio de estas características y de las tecnologías empleadas allí.
En este sentido, a partir de las mediciones cuali-cuantitativas efectuadas se ha podido establecer que este complejo habría estado dedicado a la metalurgia extractiva de sulfuros de plomo ricos en cobre y plata, al menos en el horno de mayores dimensiones (horno 4), localizado al aire libre. Los tres hornos ubicados en el interior del recinto y el quinto, pequeño, en el exterior, en base al hallazgo de ceniza en sus bóvedas y de esmalte de las paredes como a la ausencia de pisos vitrificados, habrían sido empleados para el proceso de refinado del producto de plomo y plata obtenido en la primera etapa (horno 4). La ausencia de otro tipo de hallazgos, tales como restos de crisoles, herramientas u otra clase de elementos vinculados a la vida de los trabajadores no permite por el momento avanzar en las interpretaciones acerca de la dinámica de esta instalación. Sin embargo, a pesar de estas limitaciones, se ha logrado alcanzar una mejor comprensión de la tecnología metalúrgica empleada y por tanto, acrecentar el conocimiento acerca de la actividad minero-metalúrgica desarrollada en la región durante el período colonial, a partir de este caso particular.

Agradecimientos

Agradecemos a la comisión organizadora de 13ºCongreso SAM-CONAMET 2013 por la invitación a publicar en este volumen. Este trabajo ha sido financiado con proyectos CONICET y FONCyT.

Referencias

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Recibido: 28/10/2013
Aprobado: 14/12/2013