Sociedade Cultural Columba. Ferrol, Covas

Paleometalúrgia del yacimiento de la Isla de Santa Comba (Cobas). Arqueometalúrgia: Revelante Relevante

27/07/2002, Fernan Gómez Filgueiras. Profesor de Ciencias dos Materiais e Enxeniería Metalúrxica na UDC

INTRODUCCIÓN

Se han realizado trabajos previos de documentación al respecto con registros históricos y prehistóricos de las escorias en la Arqueometalúrgia, sobre todo coetáneas de la época, así como del contexto histórico, geográfico y geológico del castro en cuestión y de su entorno actual y pretérito, investigados por el autor de este trabajo. Así del yacimiento de Quintá (O Val Naròn) escorias y hacha de hierro, de Lobadíz (Doniños, Ferrol) escorias, Fazouro (Burela, Lugo) escorias, Campa de Torres (Asturias) escorias y hornos, Las Medulas (ZAM) (León) escorias, etc. proporcionaron unas referencias muy interesantes a la hora de cotejar los resultados del estudio de los de Sta. Comba, así mismo la información facilitada por instituciones especializadas en análisis y estudios de arqueometalurgia de Francia y Gran Bretaña.

ANÁLISIS

Nomenclatura abreviada de los registros paleometalúgicos analizados

NHO = Registros paleometalúgicos de nivel inferior dentro del crisol.

NH1 = Registros paleometalúgicos de nivel medio dentro del crisol.

NH23 = Registros paleometalúgicos de nivel superior dentro del crisol.

FEH = E2 = Registros exteriores de escorias de sangrados a la salida del horno.

E5 = Registros de fundición interior del horno en zonas de toberas.

E6 = Registros de fundición interior del horno en zonas de crisol.

E7 = Registros de escorias en el nivel de NHO.

E9 = Recubrimiento refractario gris-azul del crisol.

E10 = Refractario gris-azul del crisol.

E11 = Cenizas del fondo del crisol.

E12 = Cenizas de salida del horno metalúrgico.

E13 = Refractario del antecrisol del horno metalúrgico.

E14 = Nivel superior del crisol del horno metalúrgico.

E15 = Borde superior, inferior y timpa de la vasija del horno metalúrgico.

E16 = Piedra del fondo del crisol.

E17 = Fundición Lingotillo encontrado entre las juntas de las piedras del crisol.

E18 = Escorias exteriores del lado este del horno.



Tablas de composición en óxidos FRX

Análisis semicuantitativo por FRX

SiO2 Al2O3 Fe2O3 K2O CaO TiO2 Na2O MgO P2O5 MnO2 ZrO2
MUESTRA Nº S.X.A.IN. % % % % % % % % % % %
E2 2001/11980 72,7 11,9 7,8 2,5 1,7 1,0 1,0 0,81 0,31 0,12 0,05
D. Típica 0,1 0,1 0,2 0,1 0,1 0,1 0,1 0,02 0,01 0,01 0,10

BaO SrO Cr2O3 SO3 ZnO Rb2O CuO NiO
MUESTRA Nº S.X.A.IN. % % % % % % % %
E2 2001/11980 0,05 0,022 0,016 0,015 0,015 0,015 0,009 0,006
D. Típica 0,01 0,001 0,004 0,003 0,001 0,001 0,001 0,001


SiO2 Fe2O3 Al2O3 P2O5 CaO K2O Na2O MgO TiO2 MnO Cl
MUESTRA Nº S.X.A.IN. % % % % % % % % % % %
E11 2001/11981 40,3 30,6 10,4 2,7 2,6 1,9 1,5 1,3 0,4 0,17 0,10
D. Típica 0,2 0,2 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,10 0,01

SO3 BaO CuO SrO ZrO2 ZnO Rb2O Cr2O3 NiO PPC
MUESTRA Nº S.X.A.IN. % % % % % % % % % %
E11 2001/11981 0,10 0,055 0,055 0,049 0,020 0,009 0,010 0,007 0,006 7,7
D. Típica 0,01 0,003 0,001 0,001 0,001 0,004 0,001 0,001 0,001 0,1


SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO P2O5 K2O Na2O MgO TiO2 MnO Cl
MUESTRA Nº S.X.A.IN. % % % % % % % % % % %
E12 2001/11982 42,5 26,9 11,9 2,9 2,8 2,1 1,7 1,4 0,48 0,18 0,12
D. Típica 0,5 0,4 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,01 0,01 0,01

SO3 BaO CuO SrO ZrO2 ZnO Rb2O Cr2O3 NiO Y2O3 PPC
MUESTRA Nº S.X.A.IN. % % % % % % % % % % %
E12 2001/11982 0,10 0,056 0,051 0,052 0,023 0,012 0,011 0,007 0,006 0,004 6,8
D. Típica 0,01 0,002 0,001 0,001 0,003 0,002 0,001 0,002 0,001 0,001 0,0


Fe2O3 SiO2 Al2O3 CaO P2O5 K2O Na2O MgO TiO2 MnO SO3
MUESTRA Nº S.X.A.IN. % % % % % % % % % % %
E14 2001/11983 37,1 32,7 9,9 2,5 2,2 1,8 1,6 1,21 0,36 0,17 0,11
D. Típica 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01

Cl CuO SrO BaO ZrO2 Rb2O ZnO NiO Cr2O3 PPC
MUESTRA Nº S.X.A.IN. % % % % % % % % % %
E14 2001/11983 0,11 0,073 0,049 0,049 0,017 0,012 0,009 0,006 0,007 10,0
D. Típica 0,01 0,001 0,002 0,002 0,002 0,001 0,001 0,001 0,001 0,0


SiO2 Al2O3 Fe2O3 K2O CaO Na2O MgO TiO2 P2O5 MnO BaO
MUESTRA Nº S.X.A.IN. % % % % % % % % % % %
FEH 2001/11984 63,7 17,3 11,3 2,8 1,3 1,3 1,1 0,9 0,17 0,09 0,07
D. Típica 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,01 0,01 0,01

ZrO2 Cl SO3 SrO Rb2O Cr2O3 ZnO CuO NiO Y2O3
MUESTRA Nº S.X.A.IN. % % % % % % % % % %
FEH 2001/11984 0,042 0,025 0,025 0,019 0,015 0,012 0,011 0,008 0,005 0,004
D. Típica 0,001 0,003 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001


Fe2O3 SiO2 Al2O3 CaO K2O P2O5 Na2O MgO MnO TiO2 Cl
MUESTRA Nº S.X.A.IN. % % % % % % % % % % %
NH0 2001/11985 73,9 16,7 4,4 1,5 1,1 0,77 0,68 0,36 0,18 0,13 0,12
D. Típica 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,01 0,02 0,01 0,01 0,01 0,01

SO3 CuO BaO SrO ZrO2
MUESTRA Nº S.X.A.IN. % % % % %
NH0 2001/11985 0,10 0,045 0,026 0,017 0,005
D. Típica 0,01 0,001 0,001 0,001 0,001


Fe2O3 SiO2 Al2O3 CaO P2O5 K2O Na2O MgO Cl MnO SO3
MUESTRA Nº S.X.A.IN. % % % % % % % % % % %
E18 2001/11986 77,5 15,0 3,8 0,91 0,71 0,53 0,50 0,33 0,26 0,18 0,17
D. Típica 0,5 0,3 0,1 0,01 0,01 0,01 0,04 0,02 0,01 0,01 0,01

TiO2 CuO SrO NiO ZrO2
MUESTRA Nº S.X.A.IN. % % % % %
E18 2001/11986 0,14 0,019 0,020 0,009 0,006
D. Típica 0,01 0,001 0,001 0,001 0,000


SiO2 Al2O3 K2O Fe2O3 Na2O P2O5 CaO MgO TiO2 BaO Rb2O
MUESTRA Nº S.X.A.IN. % % % % % % % % % % %
NH1 2001/11987 68,9 15,8 6,3 3,4 2,7 0,85 0,53 0,38 0,38 0,05 0,04
D. Típica 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,01 0,01 0,03 0,01 0,01 0,01

Cl ZrO2 MnO SrO SO3 ZnO Cr2O3 CuO NiO Y2O3 PPC
MUESTRA Nº S.X.A.IN. % % % % % % % % % % %
NH1 2001/11987 0,042 0,026 0,022 0,016 0,015 0,012 < 0,005 < 0,005 < 0,005 < 0,005 0,7
D. Típica 0,001 0,001 0,001 0,001 0,003 0,001         0,1

*PPC representa la perdida por calcinación a 975ºC.   Los valores representan la media y la desviación típica de dos réplicas (n=2)



Pb Cu P Fe Si Al Cl Sn Ca Na K
MUESTRA Nº S.X.A.IN. % % % % % % % % % % %
Moneda
romana
2001/11988 30 - 35 10 - 15 2 - 4 2 - 3 1 - 3 1 - 2 1 - 2 0,5 - 1 0,5 - 1 0,3 - 1 0,3 - 1

S Ag Mg Sb Ni Co Zn
MUESTRA Nº S.X.A.IN. % % % % % % %
Moneda
romana
2001/11988 0,1 - 0,5 0,1 - 0,5 0,1 - 0,5 0,1 - 0,5 0,02 - 0,04 0,02 - 0,04 0,02 - 0,04

En la moneda romana, por las características de la muestra, solo se poden dar intervalos de concentración


1.- Inspección de macroestructuras de fases

El resultado es de un elevado contenido de fases vítreas, también en menor medida fases cristalinas y pequeños glóbulos de metal y partículas del carbón vegetal empleado, en una estructura esponjosa producida por los gases, en concreto de monóxido de carbono por quemado de carbono principalmente de las partículas del carbón vegetal y del carbono de la fundición, por encima de 710ºC . Es de destacar la estructura esponjosa de la escoria muy a propósito para su eliminación del metal fundido y también finalmente por medio de forja, además de facilitar los intercambios en los procesos físico-químicos en las etapas de fusión. El procedimiento empleado en Sta. Comba para la obtención de acero antiguo, por pudelado de la fundición obtenida en el primer horno, ha producido por sangrado en ambos hornos, escorias espumosas de dos tipos: ligeras, con un 7% de oxidos de hierro las del horno metalurgico y mas oxidos de hierro las del horno convertidor, en ambos casos además: sílice, alúmina, fayalita y hercinita. En ellas predominan las fases vítreas de aspecto gris o de color oscuro debido al mayor contenido de oxido férrico y por contra una menor cantidad de fases cristalinas.

En comparación a las escorias tipo pesadas y cristalinas con 50% a 75% de óxidos de hierro, correspondientes al procedimiento de obtención de la esponja de hierro, que era el mas común en aquella época en otros pueblos del noroeste peninsular y europeo, los registros paleometalúrgicos de Santa Comba y registros de zonas próximas como Lobadíz y Quintá, indican un método metalúrgico de mas rendimiento, constatado en otras zonas europeas como logro local en algunos pueblos.

2.- Estudios de los registros paleometalúrgicos. Diagramas de DRX de fases cristalinas

Composición minerológica:

Muestra Cuarzo
[SiO2]
Albita
[NaAlSi3O4]
Microclina
[KAlSi3O4]
Fayalita
[Fe2SiO4]
Wuestita
[FeO]
Magnetita
[FeFe2O4]
Goetita
[FeO(OH)]
Hercinita
[FeAl2O4]
Cristobalita
[SiO2]
E2 +     +   + +    
E11 + + +     + +    
E12 + + +     +      
E14 + +   + + +   +  
FEH + +   +   +   +  
NH0       + +   + +  
E18       + +   + +  
NH1 + + +            
E9 + + +     +      
E10 + + +            
E13 + + +            
E15 + + +            
E16 + + + + + +   +  
E17 + +         + + +
NH23 +           +    


Diagramas DRX de fases cristalinas
Microscopía electrónica
Radiografías

Se hicieron varios estudios correspondientes a muestras de registros contextualizados en excavación arqueológica autorizada, en la isla principal de Sta. Comba (Cobas, Municipio de Ferrol), correspondientes al nivel estratigráfico prerromano del yacimiento, localizados al lado y en el interior de estructuras de hornos paleometalúrgicos, material consistente en escorias, cenizas, prerreducidos, hierro fundido, mineral, fundentes, material estructural de los hornos, parte de sus estructuras etc., que constituyen un conjunto único de valiosos registros arqueometalúrgicos.

En primer lugar las escorias corresponden a un procedimiento siderometalúrgico antiguo que requería la combinación de los dos hornos para la obtención de acero. Caracterizadas por la presencia mayoritariamente las fases vítreas. además de hercinita , espinelas, repliegues de mineral, glóbulos de metal, silicatos complejos de hierro, como la fayalita, de aluminio, magnesio y calcio, y otros elementos , como el fósforo, el potasio, etc., que sirven de trazadores complementarios para determinar la tecnología metalúrgica empleada y las materias primas utilizadas.

De los estudios realizados, se puede deducir que corresponden a escorias ácidas, de dos tipos quasi-laitier, subproducto del procedimiento metalúrgico de fusión conjunta de escorias y fundición de hierro en un horno metalúrgico y luego en un horno convertidor, poco común en aquellas épocas, en las que por el contrario era común escorias mas densas con mayor contenido en hierro, mas cristalinas, de procedimientos que empleaban un único horno y menor temperatura, solo fundían las escorias y obtenían un sinterizado de hierro con escoria.

Tablas de composición en carbono de las escorias
18:06:05   Jun 06, 2002
ID Code: DAMA1     Weight = 0.950g
CARBON = 0.1832%    SULFUR = 0.01999%
   18:13:18   Jun 06, 2002
ID Code: DAMA2     Weight = 1.180g
CARBON = 0.03396%    SULFUR = 0.01739%
   18:20:28   Jun 06, 2002
ID Code: DAMA3     Weight = 1.235g
CARBON = 0.2969%    SULFUR = 0.03205%
  - Carbon - - Sulfur -
Calib 0.8948 0.9423
Blank 0.00254 0.00016
Time 60 120
Peak 1809 1359
  
  - Carbon - - Sulfur -
Calib 0.8948 0.9423
Blank 0.00254 0.00016
Time 60 120
Peak 286 1232
  
  - Carbon - - Sulfur -
Calib 0.8948 0.9423
Blank 0.00254 0.00016
Time 60 120
Peak 1642 1657


18:26:12   Jun 10, 2002
ID Code: CRISOLA1     Weight = 1.008g
CARBON = 0.9319%    SULFUR = 0.00034%
   18:31:17   Jun 10, 2002
ID Code: CRISOLA2     Weight = 1.005g
CARBON = 0.9220%    SULFUR = -0.00001%
   18:49:23   Jun 10, 2002
ID Code: CRISOLA3     Weight = 1.005g
CARBON = 0.8578%    SULFUR = 0.00004%
  - Carbon - - Sulfur -
Calib 0.8971 1.2758
Blank 0.00402 0.00016
Time 521 120
Peak 5066 18
  
  - Carbon - - Sulfur -
Calib 0.8971 1.2758
Blank 0.00402 0.00016
Time 91 120
Peak 3363 5
  
  - Carbon - - Sulfur -
Calib 0.8971 1.2758
Blank 0.00402 0.00016
Time 161 120
Peak 2993 5


19:02:25   Jun 10, 2002
ID Code: SALIDA1     Weight = 1.002g
CARBON = 5.519%    SULFUR = 0.00061%
   19:07:12   Jun 10, 2002
ID Code: SALIDA2     Weight = 0.992g
CARBON = 4.828%    SULFUR = 0.00074%
  - Carbon - - Sulfur -
Calib 0.8971 1.2758
Blank 0.00402 0.00016
Time 509 120
Peak 14826 15
  
  - Carbon - - Sulfur -
Calib 0.8971 1.2758
Blank 0.00402 0.00016
Time 180 120
Peak 15477 9

En segundo lugar, de la composición cuali-cuantitativa de elementos químicos, se detectan dos grupos de elementos:

* Un grupo constituido por aquellos elementos procedentes del tipo de fundente empleado, en este caso de arena silícea, esencialmente compuesta de sílice.

* Un grupo constituido por aquellos elementos provenientes del mineral, con alto contenido de limonita tipo Gossen, Chapeau de Fer, a la que acompañan desde su origen, paragénesis, conjuntamente el Al, ya que la sílice y el azufre se han perdido por laterización. De aquí tenemos Fe, Al, P, Ca, As, acompañados de pequeñas cantidades de Ni, Co, Cu, Zn, S, Ti, Ag y Au. El As junto con otros elementos indica precisamente que se ha utilizado limonita de los Gossen de yacimientos de sulfuros.

* El carbón vegetal empleado aporta cantidades poco significativas de los elementos encontrados, excepto en el caso del carbono y el potasio. Es de notar que aparte de que la cantidad de potasio es indicativo del empleo de carbón vegetal, la cantidad de carbono en las escorias es un índice indirecto de la carburación del hierro, en nuestro caso los análisis revelan alta carburación de la escoria, debido a una paragénesis con una fundición de hierro de alta carburación.

La relativa alta proporción del fósforo esta causada esencialmente por el origen local del mineral de hierro. Aunque a este se le podría añadir testimonialmente el fósforo proveniente de rituales propiciatorios del inicio de la fusión en el horno, ya que aportando huesos facilitaban la formación de escorias mas fusibles, detectables en los estudios.

La razón que tenían en emplear arena silícea, en proporciones convenientes, era el conseguir, a las temperaturas factibles para aquellos hornos, la separación de la ganga del mineral de hierro en el horno, mediante la formación de escorias ácidas y esponjosas de monosilicatos complejos, que eran fusibles en un amplio intervalo de temperaturas, disolvían la alúmina y fluían con facilidad, aunque con ellas se pierde un poco del hierro en forma de compuestos como la hercinita y la fayalita. La hercinita que se forma a elevadas temperaturas, es un índice de la cantidad de fundente utilizado, en nuestro caso de una cantidad ajustada a las características del mineral. La fayalita indica con su contenido en óxidos de hierro el rendimiento del procedimiento, cuestión que se mejoraba al reciclar parte de las escorias, como se ha constatado en el resto de Europa, facilitando por otra el inicio de la fusión. Además la sílice destruye los ferritos de calcio, aumenta la actividad de los oxidos de hierro en la escoria e intensifica la oxidación del carbono y de impurezas, facilitando el proceso metalúrgico. Por otra, aquí el papel de la caliza (OCa) esta desempeñado por el oxido ferroso (OFe), que dado su carácter básico, reacciona con la sílice y con el monóxido de carbono. La estructura esponjosa se debe al efecto del monóxido de carbono producido por la acción intermediaria oxidante del OFe en la operación metalurgia. Los registros que nos indican las temperaturas alcanzadas son las cerámicas de la vasija de encima del crisol, escorias y otros materiales. Todos ellos contienen fases alotrópicas que indican que se han superado los 1500 ºC varias veces en las zonas próximas a las toberas.

La fluidez de estas escorias ácidas antiguas facilitaba, además de los procesos físico-químicos, la circulación de los gases que intervenían en el proceso metalúrgico y por ello el buen funcionamiento metalúrgico de los hornos de Sta. Comba. Dicho Horno funcionaba en condiciones reductoras, es decir "ahogado", como en algunos hornos de fabricación de la cerámica oscura castreña, un indicio de que trabajaban en la misma condición aunque no eran iguales estructuralmente, así tenian un funcionamiento mas regular y controlable.

Hay que destacar que como consecuencia de la tecnología empleada y al mismo tiempo porque lo exigían los procesos, las temperaturas alcanzadas en los hornos de Sta. Comba eran las mas elevadas para Hornos Bajos primitivos y es una de las causas que permitían la formación (entre 1100 ºC y 1380 ºC) del tipo de escorias encontradas (ortosilicatos complejos de grado de silicatación bajo, (oxígeno de la sílice/oxígeno de los óxidos básicos) = 1/1, que son por ello las mas fluidas). En consecuencia, obtenían hierro antiguo de mas calidad.

Todos estos aspectos hacen que la metalurgia del castro se nos revele diferente a la de muchos de sus coetáneos, como se puede constatar al comparar sus características con muchas de las escorias antiguas de la metalurgia del hierro que pueden considerarse correspondientes cronologicamente y relativamente próximas (Asturias, León, Lugo, etc.) cuyos registros arqueológicos y estudios efectuados, indican procedimientos y hornos distintos a los hallados en el conjunto de Sta. Comba, de momento un yacimiento único.

Fernan G. F. Ferrol a 9 de Agosto del 2002

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