การหลอมเหลวเป็น วิธี การทางโลหะวิทยาสำหรับการแยกโลหะออกจากแร่หรือโลหะผสมวัสดุจะต้องถูกให้ความร้อนจนกระทั่งโลหะชนิดหนึ่งเริ่มละลายและแยกตัวออกจากอีกชนิดหนึ่งและสามารถเก็บรวบรวมได้ วิธีนี้ส่วนใหญ่ใช้ในการแยกตะกั่วที่มีส่วนผสมของเงิน ออก จากทองแดงแต่ก็สามารถใช้ในการแยกพลวง ออก จากแร่และกลั่นดีบุกได้ เช่น กัน

กระบวนการแยกทองแดงและเงินโดยใช้การหลอมเหลวในศตวรรษที่ 16 ซึ่งอธิบายโดยGeorg AgricolaในตำราDe re metallica ของเขาในปี 1556 [ ^{1 ]}ยังคงแทบไม่เปลี่ยนแปลงจนกระทั่งถึงศตวรรษที่ 19 เมื่อถูกแทนที่ด้วยกระบวนการที่ถูกกว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่า เช่น การซัลเฟต และในที่สุดก็คือ^วิธีการอิเล็กโทรไลซิส^{[ 2 ]}

การใช้การหลอมเหลวในระดับใหญ่ครั้งแรกที่ทราบกันนั้นเกิดขึ้นในเยอรมนีในช่วงกลางศตวรรษที่ 15 ช่างโลหะทราบมานานแล้วว่าแร่ทองแดงในยุโรปกลางมีเงินอยู่มาก ดังนั้นจึงเป็นเพียงเรื่องของเวลาเท่านั้นที่จะมีการค้นพบวิธีการที่สามารถแยกโลหะทั้งสองชนิดออกจากกันได้^{[ 3 ]}

การหลอมเหลวได้รับการบันทึกไว้ครั้งแรกในเอกสารสำคัญของโรงหล่อ เทศบาลเมือง นูเรมเบิร์กในปี ค.ศ. 1453 นูเรมเบิร์กเป็นหนึ่งในศูนย์กลางหลักของการกลั่นและการผลิตโลหะของเยอรมนี และเป็นผู้นำด้านเทคนิคโลหะวิทยา โรงงานหลอมเหลว 5 แห่งผุดขึ้นรอบเมืองในไม่ช้า และภายใน 15 ปีก็แพร่กระจายไปทั่วเยอรมนีโปแลนด์และ เทือกเขา แอลป์ของอิตาลี^{[ 3 ]}

สิ่งนี้มักถูกมองว่าเป็นจุดเริ่มต้นของการหลอมเหลว แต่หลักฐานชี้ให้เห็นว่าการหลอมเหลวอาจมีการใช้งานในขนาดเล็กมาหลายศตวรรษก่อนหน้านี้ ลักษณะที่ซับซ้อนของโรงงานหลอมเหลวในศตวรรษที่ 15 ที่มีเตาเผาที่ทำขึ้นเองนั้นน่าประหลาดใจสำหรับเทคโนโลยีใหม่ นอกจากนี้ยังมีวิธีการที่เรียบง่ายกว่าแต่ใช้แรงงานมากกว่าซึ่งชาวโปรตุเกสนำมาสู่ญี่ปุ่นในปี 1591 ซึ่งอาจเป็นส่วนที่เหลือของวิธีการของยุโรปในยุคก่อนหน้า^{[ 4 ]}

Agricola กล่าวถึงทองแดงประเภทต่างๆ ที่ผลิตได้จากกระบวนการหลอมเหลว หนึ่งในนั้นคือทองแดงแคลดาเรียมหรือ 'ทองแดงหม้อ' ซึ่งมีตะกั่วในปริมาณสูงและใช้ในการทำหม้อ ในยุคกลาง การวิเคราะห์หม้อในศตวรรษที่ 13 แสดงให้เห็นว่าทำจากทองแดงที่มีเงินในปริมาณต่ำและมีตะกั่วในปริมาณสูง ซึ่งตรงกับที่ผลิตได้จากการหลอมเหลว^{[ 5 ]}

การหลอมเหลวอาจมีอยู่ตั้งแต่ศตวรรษที่ 12 แล้ว ในหนังสือ On Divers Arts ของธีโอฟิลัส เขาได้กล่าวถึงการหลอมเหลวไว้^{[ 4 ]}อย่างไรก็ตาม เขาไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญด้านโลหะวิทยา ดังนั้นงานเขียนของเขาอาจไม่ถูกต้อง และถึงแม้จะมีหม้อหลอมเหลวที่คล้ายกันในศตวรรษที่ 12 แต่ก็ไม่มีการวิเคราะห์องค์ประกอบใด ๆ ที่ได้รับการตีพิมพ์เพื่อสนับสนุนทฤษฎีนี้^{[ 5 ]}

ข้อโต้แย้งที่ว่ากระบวนการนี้ถูกนำมาใช้อย่างมีนัยสำคัญก่อนที่จะแพร่หลายในช่วงกลางศตวรรษที่ 15 นั้น มาจากข้อเท็จจริงที่ว่าต้องดำเนินการในขนาดใหญ่เพื่อให้คุ้มค่าทางการเงิน ไม่มีหลักฐานการชำระบัญชีขนาดใหญ่ก่อนนูเรมเบิร์ก นอกจากนี้ การชำระบัญชีที่มีประสิทธิภาพต้องอาศัยผู้ปฏิบัติงานที่มีทักษะสูงมาก ใครก็ตามที่มีทักษะมากขนาดนั้นไม่น่าจะเสียเวลาไปกับสิ่งที่ไม่ก่อให้เกิดผลกำไร^{[ 3 ]}

บางคนเสนอว่าการหลอมเหลวมีอยู่ก่อนหน้านั้น ข้อความ ของชาวบาบิโลนจากมารีกล่าวถึงว่า 'ทองแดงภูเขา' ถูก 'ล้าง' เพื่อผลิต 'ทองแดงล้าง' และตะกั่วถูกใช้ร่วมกับเงินเพื่อผลิต 'เงินล้าง' บางคนกล่าวว่าสิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าการหลอมเหลวได้ดำเนินการในตะวันออกใกล้ตั้งแต่ช่วงสหัสวรรษที่สองก่อนคริสต์ศักราชอย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญคือข้อความเหล่านี้ไม่ได้กล่าวถึงการใช้ตะกั่วร่วมกับทองแดงเพื่อผลิตเงินโดยเฉพาะ ซึ่งเป็นสิ่งที่คาดหวังได้สำหรับการหลอมเหลว^{[ 6 ]}

กระบวนการหลอมเหลวต้องนำทองแดงที่มีเงินเป็นส่วนประกอบหลักมาหลอมรวมกับตะกั่วในปริมาณประมาณสามเท่าของน้ำหนักทองแดงก่อน เนื่องจากเงินมีความชอบตะกั่วมากกว่า เงินส่วนใหญ่จึงจะไปอยู่ในตะกั่วมากกว่าในทองแดง^{[ 7 ]}หากตรวจสอบทองแดงแล้วพบว่ามีเงินน้อยเกินไปจนกระบวนการหลอมเหลวไม่คุ้มค่าทางเศรษฐกิจ (ขั้นต่ำที่ต้องการคือประมาณ 0.31% ^{[ 2 ]} ) จะต้องนำไปหลอมและปล่อยให้ตกตะกอนเพื่อให้เงินส่วนใหญ่จมลงไปด้านล่าง จากนั้นจะนำส่วนบนออกไปใช้ในการผลิตทองแดง ในขณะที่ส่วนล่างที่มีเงินเป็นส่วนประกอบหลักจะถูกนำไปใช้ในกระบวนการหลอมเหลว^{[ 1 ]}โลหะผสมทองแดง-ตะกั่วที่ได้สามารถเทออกมาหล่อเป็นแท่ง นูนขนาดใหญ่ ที่เรียกว่า "ก้อนหลอมเหลว" เมื่อโลหะเย็นตัวและแข็งตัว ทองแดงและตะกั่วที่มีเงินเป็นส่วนประกอบจะแยกออกจากกันเนื่องจากไม่สามารถผสมกันได้

อัตราส่วน ของ ตะกั่วต่อทองแดงในก้อนเหล่านี้เป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้กระบวนการทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ Agricola แนะนำทองแดง 3 ส่วนต่อตะกั่ว 8–12 ส่วน ต้องทำการวิเคราะห์ทองแดงเพื่อกำหนดปริมาณเงินที่มีอยู่อย่างแม่นยำ สำหรับทองแดงที่มีเงินสูง จะใช้ค่าสูงสุดของอัตราส่วนนี้เพื่อให้แน่ใจว่าเงินจำนวนมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้จะอยู่ในตะกั่ว อย่างไรก็ตาม ต้องมีทองแดงเพียงพอเพื่อให้ก้อนคงรูปอยู่ได้เมื่อตะกั่วส่วนใหญ่ไหลออกไปแล้ว หากมีทองแดงมากเกินไปจะทำให้ตะกั่วบางส่วนติดอยู่ภายในและกระบวนการจะไม่มีประสิทธิภาพมาก^{[ 1 ]}

ขนาดของเค้กเหล่านี้คงที่มาตั้งแต่ที่อากริโคลาเขียนถึงในปี 1556 จนถึงศตวรรษที่ 19 เมื่อกระบวนการผลิตล้าสมัยไป โดยปกติแล้วจะมีขนาด2+1/2ถึง 3​​+หนา 1/2นิ้ว (6.4 ถึง 8.9 ซม.) เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 2 ฟุต (0.61 ม.) และมีน้ำหนักตั้งแต่ 225 ถึง 375 ปอนด์ (102 ถึง 170 กก.) ความสม่ำเสมอนี้ไม่ใช่เรื่องบังเอิญ เนื่องจากขนาดของก้อนมีความสำคัญมากต่อ การดำเนินงานของกระบวนการหลอมเหลวอย่างราบรื่น หากก้อนมีขนาดเล็กเกินไป ผลิตภัณฑ์จะไม่คุ้มค่ากับเวลาและค่าใช้จ่ายที่ใช้ไปในกระบวนการ หากมีขนาดใหญ่เกินไป ทองแดงจะเริ่มละลายก่อนที่ตะกั่วจะไหลออกไปได้มากที่สุด ^{[ 1 ]}

ก้อนโลหะจะถูกให้ความร้อนในเตา หลอมเหลว โดยปกติจะให้ความร้อนครั้งละสี่หรือห้าก้อน จนถึงอุณหภูมิที่สูงกว่าจุดหลอมเหลวของตะกั่ว (327 °C ) แต่ต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของทองแดง (1084 °C) เพื่อให้ตะกั่วที่มีเงินเป็นส่วนประกอบหลักละลายและไหลออกไป^{[ 5 ]}เนื่องจากจุดหลอมเหลวของตะกั่วต่ำมาก จึงไม่จำเป็นต้องใช้เตาหลอมที่มีอุณหภูมิสูง และสามารถใช้ไม้เป็นเชื้อเพลิงได้^{[ 7 ]}สิ่งสำคัญคือกระบวนการนี้ต้องเกิดขึ้นใน บรรยากาศ แบบรีดิวซ์กล่าวคือ บรรยากาศที่มีออกซิเจน น้อย เพื่อหลีกเลี่ยง การเกิดออกซิเดชันของตะกั่วดังนั้นก้อนโลหะจึงถูกปกคลุมด้วยถ่าน อย่างดี และ มี อากาศเข้าไปในเตา หลอมน้อยมาก ^{[ 1 ]}อย่างไรก็ตาม เป็นไปไม่ได้ที่จะหยุดการเกิดออกซิเดชันของตะกั่วบางส่วน และตะกั่วส่วนนี้จะตกลงมาและก่อตัวเป็นหนามแหลมที่เรียกว่า 'หนามหลอมเหลว' ในช่องใต้เตา^{[ 2 ]}

จากนั้นจึงสามารถใช้วิธี การหลอมโลหะแบบเก่าและค่อนข้างง่ายเพื่อแยกเงินออกจากตะกั่วได้ หากตรวจสอบ ตะกั่ว แล้วพบว่ามีเงินไม่เพียงพอที่จะทำให้กระบวนการหลอมโลหะคุ้มค่า ก็จะนำกลับมาใช้ใหม่ในก้อนหลอมเหลวจนกว่าจะมีเงินเพียงพอ^{[ 1 ]}

'ก้อนหลอมเหลวที่หมดสภาพ' ซึ่งยังคงมีตะกั่วและเงินอยู่บ้าง จะถูก 'อบแห้ง' ในเตาเผาพิเศษซึ่งให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงขึ้นภายใต้สภาวะออกซิไดซ์ โดยพื้นฐานแล้วนี่เป็นเพียงขั้นตอนหนึ่งของการหลอมเหลว และตะกั่วส่วนใหญ่ที่เหลืออยู่จะถูกขับออกและออกซิไดซ์เพื่อสร้างหนามหลอมเหลว แม้ว่าบางส่วนจะยังคงอยู่ในรูปของโลหะตะกั่ว จากนั้นทองแดงสามารถนำไปกลั่นเพื่อกำจัดสิ่งเจือปนอื่นๆ และผลิตโลหะทองแดงได้^{[ 1 ]}

ผลิตภัณฑ์ของเสียสามารถนำกลับมาใช้ใหม่เพื่อผลิตเค้กหลอมเหลวใหม่เพื่อพยายามลดการสูญเสียโลหะ โดยเฉพาะเงิน^{[ 1 ]}ผลิตภัณฑ์ของเสียส่วนใหญ่เป็นหนามหลอมเหลวจากกระบวนการหลอมเหลวและการทำให้แห้ง แต่ก็มีกากตะกอน บางส่วน ที่เกิดขึ้น ด้วย

กระบวนการนี้ไม่มีประสิทธิภาพ 100% ที่โรงถลุงแร่ Lautenthal, AltenauและSankt Andreasberg ในUpper Harzระหว่างปี 1857 ถึง 1860 เงิน 25% ตะกั่ว 25.1% และทองแดง 9.3% สูญหายไป บางส่วนสูญหายไปในกากตะกอนที่ไม่คุ้มค่าที่จะนำกลับมาใช้ใหม่ บางส่วนสูญหายไปในสิ่งที่เรียกว่า 'การเผาไหม้' และเงินบางส่วนสูญหายไปในทองแดงที่ผ่านการกลั่น^{[ 8 ]}ดังนั้นจึงเห็นได้ชัดว่าจำเป็นต้องมีการจัดหาตะกั่วอย่างต่อเนื่องเพื่อชดเชยส่วนที่สูญหายไปในขั้นตอนต่างๆ

John U. Nef, an expert on Renaissanceeconomics, described liquation as ‘even more important than the invention of the printing press’ for the development of industry during this period.^[9] It increased production of silver on a massive scale. Between 1460 and 1530, the output of silver increased as much as fivefold in central Europe.^[10] This had a secondary effect of lowering the costs of producing copper at a time when its demand had increased due to the needs of the brassmaking industry,^[9] and the use of copper on ships and roofs. Lead production also received a boost, indeed the lack of lead available held the liquation process back until a large lead-bearing seam was discovered at Tarnowitz in Poland.^[3]

Liquation triggered an increase in mining operations, and a new class of wealthy merchants clamoured to participate. Some of the wealthiest merchants in Europe invested in mining, including the French Royal Banker Jacques Coeur and the powerful Medici family of Florence. However, most of the funds came from merchants in neighbouring towns. For example, the burghers of Nuremberg funded mines in the mountains of Bohemia and the Harz.^[3]

Many new copper and silver mines sprang up. A mine at Jáchymov (Joachimstal) in the Ore Mountains was so successful that a coin called 'tolar' was created, which led to the term, dollar.^[3] Others of note included Schneeberg, and Annaberg (also in the Ore Mountains), Schwaz, in the valley of the Inn, and at Neusohl in Hungary. The new mining wealth allowed some of the largest mines of previous centuries to reopen, such as the silver-bearing lead and copper mines of Rammelsberg. These old mines had previously been abandoned due to flooding, collapses, lack of technology, or simply a lack of money. Now shafts could be sunk deeper and water more efficiently drained, so miners could work seams once out of reach.^[9]

ความมั่งคั่งที่เกิดจากการหลอมโลหะช่วยสร้างถนนเชื่อมระหว่างแหล่งเหมืองแร่และแหล่งแปรรูป และให้เงินทุนสนับสนุนการปรับปรุงเทคโนโลยีการทำเหมือง ดังนั้นอิทธิพลของมันจึงไม่ได้จำกัดอยู่แค่การเพิ่มผลผลิตเงินและทองแดงเท่านั้น มันยังช่วยฟื้นฟูเศรษฐกิจของหลายพื้นที่ในยุโรป และการทำเหมืองโลหะอื่นๆ เช่นเหล็กและปรอทด้วย