خاک را به هنر کیمیا کنیم
چرا ایرانیها در متالورژی جهان پیشگاماند؟
تاریخچه
چند سال پیش از تپه ناشناخته‌ای به نام معمورین که اکنون در فرودگاه بین‌المللی امام قرار گرفته کارگاه‌های فلزگری، قالب‌های خاص تولید محصولات فلزی، شمش‌های تهیه‌شده از قالب‌های ورز‌داده‌شده از نوعی گیاه مخصوص و حجم عظیمی کنستانتره (فلز تغلیظ‌شده) به اندازه نخود و کوره‌های استوانه‌ای با سوراخ‌های متعدد در بدنه آن، به‌دست آمد که به گفته سرپرست گروه کاوش این تپه تاریخی، بررسی آنها از غنای صنعت فلزگری و مرکز صدور محصولات به سایر نقاط ایران از جمله اریسمان نطنز در سه هزار سال پیش از میلاد خبر می‌دهد. محوطه باستانی اریسمان یکی از بزرگ‌ترین مراکز صنعتی فلزکاری باستانی در کشورمان است که تاکنون در کاوش‌های باستان‌شناسی شناسایی شده است. محوطه باستانی اریسمان که به شهر صنعتی مشهور است، در استان اصفهان و در ۱۰کیلومتری نطنز واقع شده است. این محوطه باستانی که از هزاره چهارم پیش از میلاد آثاری ارزشمند را در خود جای داده از غنی‌ترین محوطه‌های باستانی کشور و دنیاست؛ به‌گونه‌ای که در تمامی ۴۰ هکتار مساحت آن آثاری از سرباره‌های ذوب فلزات دیده می‌شود. افزون بر قالب‌های یافت‌شده از تپه معمورین، قطعات شکسته شمش‌هایی یافت شد که در قالب‌های مخصوصی ساخته می‌شدند که در صورت لزوم ذوب شده و با استفاده از قالب‌های دیگر، به ابزار مورد نیاز تبدیل شوند.
وجود قالب‌های تولید شمش در تپه معمورین که از نوعی گیاه ورزدان تهیه می‌شده قابل تامل است، زیرا پس از مرحله ذوب فلز در کوره‌های استوانه‌ای آنها را در قالب‌هایی یک شکل و یک‌اندازه قرار می‌دادند که در صورت لزوم از آنها استفاده کنند. به این صورت که فلز سرد‌شده به‌صورت شمش را بار دیگر ذوب کرده و شکل بدهند. این تخصص و مهارت بالا در دوره عصر آهن تنها از نخبگان و شمار خاصی از مردم برمی‌آمده است؛ به‌طوری که این افراد اسرار کار خویش را به‌سختی بیان کرده و در این حیطه تنها شمار خاصی را برمی‌گزیدند. به همین لحاظ بود که آن زمان این صنعت ارزش خاصی نزد مردم داشته است.
کوره‌های ذوب فلز در اسپیدژ
اسپیدژ در ۲۵کیلومتری شهرستان زابل قرار گرفته است. این محوطه بیش از سه هزار سال قدمت دارد و متشکل از دو قبرستان پیش از تاریخ است. چندی پیش در جریان بررسی‌های کارشناسان استان سیستان و بلوچستان در محوطه «اسپیدژ»، دو کوره ذوب فلز در کنار تمامی ابزار و وسایل مخصوص حرفه فلزکاری در اطراف این دو کوره کشف شد. ساکنان اسپیدژ با استفاده از این ابزار صناعت فلزکاری را رونق بخشیده و محصولاتشان را به سایر نقاط نیز صادر می‌کردند. در کنار این کوره‌های ذوب فلز، سنگ‌های مس نیز دیده شده‌اند که نشان می‌دهد، سنگ مس از نقاط دیگر به اسپیدژ آورده شده و کالای خاصی از آن ساخته می‌شده است.
همچنین در نزدیکی این کوره‌ها دستگاه جوش‌کوره و ظرف مخصوص سرد کردن فلزهای ذوب‌شده، خنجر، تیر و دیگر ابزارهای مفرغی و مسی به‌دست آمده است. باستان‌شناسان در بررسی‌ها به اشیای مفرغی برخورد کردند که طول و عرض آنها فقط سه سانتی‌متر بود و پیکره‌های حیوانی را نشان می‌دادند. این پیکره‌های کوچک، نشان می‌دهد که ابزار ساکنان اسپیدژ دقیق و ظریف بوده و آنان هنر مسگری و مفرغ‌کاری را در تاریخچه متالورژی به‌خوبی می‌دانستند. ادامه بررسی‌ها در محوطه سه‌هزارساله اسپیدژ، باستان‌شناسان را به قبری هدایت کرد که هنرمندی فلزکار با تمام وسایل کار خودش در آن خفته بود.
این ابزار عبارت بودند از درفش‌ها، سنبله‌هایی که نقش چکش را داشتند با سرهای گرد و تخت، یک ملاقه مفرغی و سنگ چاقو تیزکن، همچنین ظروف آب برای منجمد کردن مس و مفرغ. این ابزارها نشان می‌دهند که در اسپیدژ هنر فلزکاری در بهترین شکل خودش ارائه شده است و مردم این منطقه با این علم آشنایی کامل داشته‌اند. اشیای داخل این قبر تایید دیگری بر این ادعاست که سه هزار سال پیش در اسپیدژ، هنر فلزکاری در اوج پیشرفت خودش به سایر نقاط عرضه شده است. در کنار این اشیا پیکره مفرغی یک سگ دیده شده است که تنها یک سانتی‌متر طول دارد. وجود این پیکره مفرغی نیز بار دیگر تایید می‌کند که ابزار فلزکاری در بیش از سه هزار سال پیش دقیق و ظریف بوده و می‌توان با آنها ظروف و پیکره‌هایی ظریف و کوچک ساخت و شواهد نشان می‌دهد که این هنر و اشیای ساخته‌شده به سایر نقاط کشور و تمدن‌های باستانی دیگر عرضه شده است.
محوطه‌های فلزکاری در جیرفت
۸۰ محوطه فلزکاری و ۱۵ معدن باستانی در شمال جیرفت و در کوه‌های لاله‌زار و هزار که در آنها فلزات مس، آهن و سرب استخراج می‌شد، به‌عنوان یکی از مناطق مهم صنعتی و فلزکاری در ایران باستان شناسایی شده است. محوطه‌های باستانی جیرفت در استان کرمان جای گرفته‌اند.
کارگاه ذوب مس در قزوین
در حفر تپه قبرستان در هشت‌کیلومتری شمال روستای سگزآباد در دشت قزوین، دو کارگاه ذوب مس همراه با چند نوع قالب باز، چند نمونه کوره مس و مقدار زیادی سنگ اکسید مس به‌دست آمده است. ساکنان تپه قبرستان در تمامی طول دوره دوم همزمان با لایه‌های چهارم و پنجم از دوران سوم سیلک در خانه‌های یک‌اتاقی، دواتاقی یا سه‌اتاقی می‌زیستند. در میان خانه‌ها چند کارگاه سفالگری و فلزکاری نیز شناسایی شد؛ اما بزرگ‌ترین اثر معماری ساختمان وسیعی است با دیوارهای ضخیم و یک حیاط مرکزی و ۹ اتاق که به‌احتمال زیاد نشان‌دهنده نوعی حکومت یا نظام اداری در اواسط هزاره پنجم ق.م. در فلات مرکزی ایران است.
کوره‌های استخراج در یزد
کشف دو کوره استخراج و استحصال فلز معروف به چاله‌های شدادی در شهرستان صدوق از یافته‌های باستان‌شناسان در یزد است. آنان احتمال می‌دهند که این دو کوره به هزاره نخست پیش از میلاد متعلق باشند. چاله‌های شدادی محل استخراج و ذوب فلزاتی چون مس و روی بوده و در استان یزد تعداد زیادی از این چاله‌ها وجود داشته است.
کوره ذوب فلز قلی درویش
نخستین نشانه‌های کوره ذوب فلز مردمان عصر آهن در ایران، در محوطه تاریخی قلی درویش به‌دست آمد. محوطه تاریخی قلی درویش به‌عنوان تنها محل استقرار کشف‌شده از مردم عصر آهن (۱۸۰۰ تا ۵۵۰ پیش از میلاد) از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. تا پیش‌ازاین، تنها اطلاعات به‌دست‌آمده از این مردم منحصر به گورهای تاریخی بوده است که غالباً در فلات مرکزی ایران کشف شده‌اند و کاوش در قلی درویش باعث شد که این امکان برای باستان‌شناسان فراهم شود که در محوطه‌های استقرار مردم عصر آهن معماری، صنعتگری و شرایط زیست اجتماعی آنها بررسی شود.
فلزات در تخت جمشید
با بررسی و کاوش‌های مختلفی که در تخت جمشید و محوطه‌های باستانی اطراف آن صورت گرفته است، کارشناسان توانسته‌اند وسایل فلزی مختلفی را شناسایی کنند. یافته‌های باستان‌شناسی فلزات در تخت جمشید نشان می‌دهد ساکنان و صنعتگران این منطقه در ۲۵۰۰ سال پیش در مهندسی مواد فلزی از جایگاه والایی برخوردار بوده‌اند که شناسایی مهندسی و تفکری که در این مهندسی نهفته است از اهمیت زیادی برخوردار است.
متالورژی تا سال ۱۵۰۰ میلادی
در تاریخچه متالورژی تا سال ۵۰۰ پیش از میلاد پیشرفت‌های فنی قابل ملاحظه‌ای در استخراج معادن و بازیابی سنگ معدن‌ها انجام شد، پیشرفت‌هایی که مشخصاً با آغاز بررسی‌های علمی در متالورژی پیوند داشت. تا این زمان معادن غنی نقره حاوی سرب در یونان استخراج شده بود که به عمق چندصد متر می‌رسید. به‌دست آوردن نقره و سرب از کانی‌های این معادن که بیشتر از نوع سولفید بودند یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌های متالورژی در یونان بود.
تهیه طلا و نقره از آلیاژ طبیعی «الکتروم» از دیگر وقایع مهم این دوره بود. طی هزار سال بین ۵۰۰ پیش از میلاد تا ۱۵۰۰ میلادی، انسان کشف‌های علمی زیادی کرد که اهمیت زیادی داشتند. برای مثال ارشمیدس مخترع و ریاضیدان یونانی نشان داد که می‌توان از راه اندازه‌گیری وزن طلا و وزن آب جابه‌جاشده بر اثر فرو بردن آن در آب یعنی از راه تعیین چگالی آن، خلوص طلا را مشخص کرد. در نیمه اول این هزاره، نخستین تولید مهم فولاد، با استفاده از روشی که پیش از آن مصریان باستان آن را می‌شناختند، در هند آغاز شد؛ این روش، فرآیند «ووتس» نام دارد و محصول آن فولاد اسفنجی است. فولاد، آهنی است که تا دو درصد کربن دارد. آرسنیک، روی، آنتیموان و نیکل را البته تنها به حالت آلیاژ از زمان‌های دور می‌شناختند. سرب نیز فلز شناخته‌شده‌ای بود و از آن ورق و لوله می‌ساختند. از لوله‌های سربی در شبکه‌های آبرسانی استفاده می‌شد. قلع را رومی‌ها برای پوشش دادن ظروف غذا به‌کار می‌بردند.
طی سده‌های نخستین میلادی، دانشمندان زیادی به نام کیمیاگر بر این باور بودند که می‌توان عنصری را به عنصر دیگر تبدیل کرد. گرچه آنها به هدفشان نرسیدند، اما تلاش‌های کیمیاگران به شناخت بهتر فلزات و ترکیبات آنها کمک موثری کرد و اساس شیمی نوین را بنا نهاد. از حدود قرن ششم میلادی مهم‌ترین ابداعات در علم متالورژی، در زمینه متالورژی آهن و فولاد بود. نخستین استفاده مفید از آهن به‌دست‌آمده از کوره‌های سده‌های میانه، نه برای فولادسازی، بلکه برای تولید قطعات چدنی بود. چدن آلیاژی از آهن است با قابلیت ریخته‌گری چدن بسیار بهتر از فولاد است. چون شکننده است و نمی‌توان آن را چکش‌کاری
یا نورد کرد.
متالورژی پس از سال ۱۵۰۰ میلادی
طی قرن شانزدهم میلادی در تاریخچه متالورژی، با انتشار کتاب‌هایی در زمینه‌های مختلف تاریخچه متالورژی، این علم توسعه چشمگیری یافت. در این میان، سه کتاب از اهمیت و اعتبار ویژه‌ای برخوردارند. نخستین کتاب را در سال ۱۵۴۰ «واتوچیو بیرینگو چیو» نوشت. او در ستایش درباره ذوب فلزات، تفکیک طلا از نقره و تولید لوله و گلوله توپ بحث کرده است. کتاب او نخستین کتابی بود که با اسلوب علمی درباره ریخته‌گری نوشته شد.
دومین کتاب را «گورگیس آگریکولا» دانشمند آلمانی نوشت. تخصص او، متالورژی استخراجی بود. او در کتابش درباره فرآیندهای خرد کردن و تغلیظ سنگ معدن، روش‌های دقیق تعیین عیار سنگ معدن‌ها برای تصمیم‌گیری درباره ارزش اقتصادی استخراج آنها، ذوب فلزات و پالایش آنها بحث کرده است. سومین کتاب در سال ۱۷۵۴ به‌وسیله «لازاروس ارکر» به زبان آلمانی نوشته شد که در آن کانی‌های سنگ معدن، پالایش فلزات، تولید سولفید آهن و نیترات سدیم تشریح شده است. با انتشار این سه کتاب و پیشرفت روش‌های پژوهش، برخورد با مسائل مربوط به متالورژی جنبه علمی یافت. از حدود ۱۵۰۰ میلادی تا میانه سده نوزدهم، پیشرفت متالورژی متوجه تکنولوژی‌های تولید آهن و فولاد بود. در همین دوران بود که کک وارد صنایع متالورژی شد. کک را از حرارت دادن زغال‌سنگ یا چوب در غیاب هوا به‌دست می‌آورند.
کک سوختی است که در مقایسه با زغال، بازده بیشتری دارد. کشف امکان تبدیل زغال‌سنگ به کک در سال ۱۷۰۹ میلادی، انقلابی در صنایع متالورژی آهن و فولاد به‌وجود آورد. از دوران باستان تاکنون در مجموع ۸۷ فلز کشف شده که به‌جز هفت فلز کشف‌شده در دوران باستان، دو فلز در قرون‌وسطی، ۱۵ فلز در قرن هجدهم میلادی، ۴۳ فلز در قرن نوزدهم میلادی و ۲۰ فلز در قرن بیستم کشف شده‌اند. البته میان تاریخ کشف و زمانی که تولید فلزات از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه بوده است، فاصله ای زمانی طولانی وجود دارد. چون در بررسی مسائل متالورژی نه‌تنها تولید فلز مهم است، بلکه موارد کاربرد آن نیز باید توجیه‌پذیر باشد. برای مثال تولید صنعتی اورانیوم حدود یک قرن پس از کشف آن، یعنی زمانی که پدیده شکافت اتمی فلزات هسته‌ای مورد بررسی مطلوب قرار گرفت، آغاز شد.
غیر از فلزات مختلف، عوامل دیگری نیز متالورژی را گسترش دادند. ابداع روش‌های نوین استخراج فلزات، تکمیل و ساخت کوره‌های تولید فلزات، تحقیقات و اکتشافات گوناگون در رشته‌های زمین‌شناسی، معدن، بلورشناسی، شیمی، فیزیک، ترمودینامیک و دیگر علوم نظری و عملی، ابداعات مختلف در زمینه بررسی فلزات ازجمله روش‌های الکترولیز، طیف‌سنجی، کشف پدیده رادیواکتیو، پی بردن به انرژی اتمی، پیشرفت صنایع هوافضا که باعث توجه به فلز تیتانیوم شد، کشف نیمه‌رساناها، پیشرفت تکنولوژی ساخت مواد دیرگداز، روش‌های نوین در متالورژی فیزیکی، همه و همه در پیشرفت علم و مهندسی متالورژی نقش بسزایی داشته‌اند. مواد در کشورهای پیشرفته صنعتی از اواخر دهه ۶۰ و اوایل دهه ۷۰ میلادی به‌سرعت از مباحث و دوره‌های تخصصی در زمینه‌هایی که شامل سیستم‌های منفرد مواد مانند متالورژی صنعتی، سرامیک و پلیمر می‌شدند به سمت مباحث عمومی علم مواد تغییر کرده است.
