انسان‌های ماقبل تاریخ چگونه فلزات را استخراج می‌کردند؟

آلیاژهای فلزی که امروزه در همه‌چیز از تلفن‌های هوشمند گرفته تا سفینه‌های فضایی استفاده می‌شوند، تازه‌ترین خروجی‌های سنت دیرینه‌ی متالورژیک هستند که ریشه‌اش به عصر برنز و زمان ایجاد نخستین مخلوط‌های فلزی بازمی‌گردد. این روزها استخراج و فراوری فلزات، صنعتی عظیم است؛ بااین‌حال نخستین انسان‌هایی که روی این مواد براق دست گذاشتند، این کار را با استفاده از ابزارهای سنگی و آتش‌های معمولی انجام دادند.

در ابتدا تنها فلزات موجود در اختیار اجداد ماقبل تاریخ ما، ‌آن‌هایی بودند که به شکل دست‌نخورده‌ی خود قرار داشتند؛ یعنی فلزاتی که می‌توان آن‌ها را به‌عنوان قطعات واقعی یافت و با عناصر دیگر موجود در سنگ‌ها مخلوط نشده‌اند. به این ترتیب این فلزات نیازی به استخراج نداشتند و اجداد ما می‌توانستند به‌وسیله‌ی شستن خاک رودخانه یا حفاری آن‌ها را استخراج کنند.

درحدود ۵۰۰۰ سال پیش، زمانی‌که انسان‌ها با خروج از عصر حجر، وارد عصر مس شدند، عمدتا به لطف ظهور فرایند ذوب، وضعیت شروع به تغییر کرد. فرایند ذوب شامل حرارت‌دادن سنگ معدن مس در بوته‌های ذوب سنگی یا سرامیکی به‌منظور جداسازی فلز از ناخالصی‌های آن بود.

هیچ اطلاعاتی درمورد چگونگی انجام ذوب فلز برای نخستین‌بار وجود ندارد؛ اما به‌نظر می‌رسد که نخستین‌بار افراد خلاق و باهوش باستانی ایده‌ی دمیدن هوا از راه چوب‌های توخالی را به‌منظور افزایش دمای کوره و ذوب‌شدن فلز مطرح کردند. آهنگران نخستین از چنین چیزی بی‌خبر بود؛ اما در واقع کربن موجود در چوب نیز با اکسیژن موجود در سنگ معدن واکنش نشان می‌دهد و با تبدیل آن به دی‌اکسیدکربن، مس متصل‌شده به آن را آزاد می‌کند.

با توجه به تمام دلایل موجود، مس فلز مناسبی برای ذوب‌کردن بود و امکان ساخت ابزارها و سلاح‌های جدیدی را برای بشر فراهم می‌کرد که بسیار بهتر از نسخه‌های سنگی خود بودند. مهم‌تر از همه این بود که مس پس از چکش‌خوردن سفت می‌شد و حتی این مکان وجود داشت که پس از ذوب‌شدن دوباره آن را در قالب ریخت و اجسام استاندارد دیگری تولید کرد.

با مخلوط‌کردن مس با قلع و بهبود گسترده‌ی آن می‌توان آلیاژ دیگری به‌نام برنز ایجاد کرد. این ترکیب فلزی نه‌تنها در هنگام چکش‌خواری سخت‌تر از مس خالص بود، بلکه در دمای بسیار پایین‌تری نیز ذوب می‌شد و این موضوع فرایند ریخته‌گری آن را بسیار آسان‌تر می‌کرد.

استفاده‌ی گسترده از آلیاژ مس و قلع از حدود ۳۰۰۰ سال پیش از میلاد و مصادف با آغاز عصر برنز آغاز شد. عصر برنز دوره‌ای بود که مردم با افزودن روی و سایر فلزات به برنز، آلیاژهای مختلف متعددی را به‌وجود آوردند. این فرایند هرگز موقف نشد و هنوز هم آلیاژهای جدیدی با طیف وسیعی از کاربردهای بالقوه در آینده ساخته می‌شوند.

همان‌طور که آلیاژهای مدرن به ما کمک می‌کنند و ما را به عصر فضا سوق می‌دهند، پیشرفت‌های تکنولوژیکی عصر برنز نیز گسترش قدرتمندترین تمدن‌های جهان باستان را تسهیل کرد. بااین‌حال زمانی که انسان‌ها دریافتند چگونه با گداختن سنگ معدن و استخراج آهن مواد مفیدتری تولید کنند، سرانجام دوران نمادین به پایان رسید و عصر آهن آغاز شد.

در ابتدا اجاق‌های باستانی استفاده‌شده برای تولید آهن نمی‌توانستند به دمای بالای کافی برسند و فلز را ذوب کنند؛ بنابراین آهنگران نخستین مجبور بودند تا به آهن فرفورژه بسنده کنند که با جداسازی آن از سرباره‌ی حاصل از ذوب به‌دست می‌آمد. بااین‌حال تصور می‌شود که حدود ۳۰۰ سال پیش از میلاد، آهنگران چینی، دمنده‌ای را اختراع کردند که می‌توانستند از آن برای درست‌کردن آتش‌هایی با حرارت کافی برای ذوب آهن استفاده کنند.

آهن درواقع به سختی برنز نیست و اقلام ساخته‌شده از این فلز معمولا از کیفیت پایین‌تری نسبت به آلیاژهای پیشین خود برخوردار بودند. بااین‌حال تولید آهن عمدتا به‌دلیل فراوانی آن نسبت به قلع، نسبتا ارزان‌تر از برنز بود و بعدها برای ساخت فولاد مورد استفاده قرار گرفت و در نهایت به یکی از ضروری‌ترین مواد عصر مدرن تبدیل شد.