Composition chimique globale

Les résultats de l’analyse chimique (tableau III-1) montrent une variation très importante de la teneur en certains éléments majeurs (sous forme d’oxydes), ainsi qu’en éléments en traces selon l’origine du spécimen. En règle général, tous les échantillons étudiés sont caractérisés par une forte teneur en SiO2 et en FeO.

Les concentrations en silicium sont très proches pour les trois échantillons provenant de la fusion dans le haut fourneau (30, 56, 57). L’échantillon du Moyen Age est plus riche en Si ; ceci est très probablement dû à la présence de fragments de gangue non fondus et piégés dans la scorie. En effet, comme le montrent les observations microscopiques et la DRX (cf. ci-après), des morceaux de quartz apparaissent au sein du verre.

Par rapport aux autres échantillons analysés, l’échantillon 57 est plus riche en aluminium, provenant très probablement des conteneurs (boîtes) en plastique (ébonite) des batteries automobiles. Effectivement, la kaolinite, minéral présentant une teneur importante en Al, est largement utilisé comme charge dans la production de l’ébonite (Neiser et al., 1987).

En ce qui concerne le fer, la majeure partie de Fe est sous une forme divalente. Le fer trivalent rentre dans la structure de certains oxydes (magnétite) au cours de la cristallisation (cf. ci-après). Pour les échantillons des haut-fourneaux, la teneur en Fe²⁺ varie autour de 30 %². Par contre, la concentration en Fe²⁺ dans la scorie médiévale est plus faible.

Tableau III-1 Composition chimique globale des échantillons - types de scories : B2 – scorie du Moyen Age

(Bohutín), 30 – laitier du traitement de minerai (Příbram), 56 – laitier du traitement historique de batteries automobiles (Příbram), 57 – laitier actuel (Příbram). La teneur en soufre (S tot., dite [S2]2- dans le disulfures) a été recalculée en sachant que la majorité de sulfures est plutôt sous forme de sulfures type PbS ou ZnS. Les valeurs initiales étaient (S tot. %.): 0,70 (B2), 2,38 (30), 1,88 (56), 0,72 (57). PF = perte au feu.

% B2 30 56 57 SiO₂ 39,19 31,34 29,32 30,06 Al2O3 4,46 4,26 5,46 11,52 Fe₂O₃ 0,16 0,41 1,14 2,39 FeO 23,25 28,90 31,11 26,23 MnO 3,92 3,09 1,31 0,88 MgO 3,46 1,72 2,31 2,88 CaO 3,23 18,34 19,79 21,80 Na₂O 0,21 0,03 0,82 0,32 K2O 1,42 0,52 0,21 0,11 TiO₂ 0,41 0,29 0,30 0,48 P₂O₅ 0,61 1,42 0,23 0,30 ZnO 6,74 8,20 2,70 0,26 PbO 12,72 2,69 3,09 0,85 S 1,19 0,35 0,94 0,36 PF -1,18 0,41 2,97 2,01 Total 100,97 100,79 101,70 100,45 ppm Ag 21,5 57,5 0,36 1,04 As 108 257 40 6 Ba 19400 1512 3013 5393 Cr 60 213 1114 4432 Cu 2109 399 178 27 Ni 116 34 32 28 Sb 2055 623 841 147 Sn 110 1077 406 230 Sr 256 131 200 374 Cl 53 85 5830 8510

On notera que la teneur en calcium est significativement plus faible dans les scories du Moyen Age. Il faut y voir un effet technologique : la castine ne faisait pas alors partie de la charge du

four. La source du calcium doit être probablement à rechercher dans les minéraux de la gangue qui comportent parfois des carbonates.

Les vitrifiats provenant du traitement des minerais (B2 et 30) sont plus riches en zinc. La teneur en Zn assez élevée dans l’échantillon 56 est très probablement due à la trempe du laitier fondu et donc à une décantation insuffisante de la fraction métallique. De plus, pour la fusion des sources secondaires de Pb, le laitier de retour contenant du zinc a été utilisé. Les laitiers actuels sont, comparés aux autres échantillons, appauvris en Zn. Ceci vient fort probablement de la nature du matériau traité lui même pauvre en ce métal. Ainsi, tout le zinc présent dans ces laitiers provient apparemment du laitier de retour (résultant du traitement des minerais) contenant une teneur plus élevée en Zn.

La teneur en plomb varie d’une manière significative selon l’origine de l’échantillon. Les scories de Moyen Age sont très riches en Pb, très probablement à cause d’un faible rendement du procédé en vigueur à cette époque. L’échantillon 30 contient également une quantité importante de Pb, mais plus faible que l’échantillon 56 à cause d’un refroidissement plus lent. La trempe (refroidissement rapide, technologie du « convoyeur à coulée ») ne permet pas la décantation efficace de la fraction métallique et donc l’échantillon 56 est enrichi en Pb. La concentration en Pb faible notée pour l’échantillon 57, confirme que la technologie actuelle est assez efficace pour récupérer le maximum du plomb qui est présent sous forme de gouttelettes métalliques dans le vitrifiat liquide qui décantent après la coulée au sein des lingots.

Les échantillons provenant du traitement des minerais (B2 et 30) contiennent nettement plus d’argent, qui représentait l’élément principal exploité. De plus, la scorie de Bohutín est moins riche en Ag qu’un laitier de Příbram (échantillon 30). Par contre, l’analyse chimique effectuée au laboratoire de l’usine métallurgique de Příbram sur un autre échantillon du site archéologique de Bohutín, montre une teneur en Ag très élevée (Vurm, 1999) (tableau III-2).

Tableau III-2 Analyse chimique d’un échantillon de scorie du Moyen Age de Bohutín (selon Vurm, 1999).

élément (oxyde) % pds. élément % pds.

SiO2 30 Zn 5,7

FeO 33,4 Ag 0,0375

CaO 3,6 Cu 0,25

Pb 6,3 Sn 0,1

De la même façon, les vitrifiats provenant du traitement des minerais sont plus riches en

observé pour les éléments suivants : Cu, Ni, Sb et Sn. Au contraire, les laitiers provenant du traitement des batteries automobiles révèlent les teneurs plus importantes en Cl, Cr et Ba. Les boîtes des batteries automobiles représentent fort probablement une source de chlore (PVC -polyvinylchloride) et de baryum, ce dernier étant présent sous forme de barytine (BaSO4), utilisée comme charge dans la fabrication de l’ébonite (Neiser et al., 1987). Pendant la fusion des batteries automobiles toutes entières avec leur boîtes en plastique, ces éléments se concentrent dans le laitier fondu. La teneur en Ba très élevée dans la scorie du Moyen Age provient très probablement de la barytine présente dans la gangue du minerai. La source du

chrome dans les laitiers modernes n’est pas bien déterminée. Selon K. Vurm (communication

personnelle), elle pourrait provenir des scories issues du traitement des boues anodiques contenant Ni, Cr et Bi. Cette scorie alcaline a été stockée dans les dépressions de surface de la halde 2, dans une zone de prélèvement du laitier de retour. Ainsi, les scories riches en Cr pouvaient éventuellement polluer le laitier de retour qui était ensuite utilisé lors de la fusion des batteries automobiles dans le four à cuve. Une autre explication serait une fusion accidentelle de batteries alcalines traitées par erreur avec les batteries au Pb (Vurm K., communication personnelle).