Handgeführte Röntgenfluoreszenzanalyse enthüllt uralte Eisenverarbeitungstechnologie in der chinesischen Benxi-Region

Die Herausforderung

Wie analysiert man ein 600 Jahre altes Artefakt, ohne es zu beschädigen? Indem man die SciAps X-200 tragbarer Röntgenfluoreszenz-Analysator für die vollständig zerstörungsfreie Elementanalyse.

Die Studie: „Technische Analyse der Eisenherstellung in der Region Benxi während der Ming-Dynastie“ in Prozesse Journal

Das Forschungs

Forscher untersuchten die Eisenhütte Wangguan in Benxi, Nordostchina, um zu rekonstruieren, wie Eisen während der Ming-Dynastie (1368–1644) produziert wurde. Ihr Ziel war es, archäologische Funde mit modernen Analysemethoden zu kombinieren, um eine der wichtigsten historischen Eisenproduktionsregionen Chinas besser zu verstehen.

Das Team analysierte:

• Tiegelfragmente
• Schlacke
• Roheisen
• Ausgrabungsstätte

Zusammengenommen ermöglichten diese Materialien den Forschern, einen kompletten Eisenherstellungsprozess zu rekonstruieren, der vor Hunderten von Jahren angewendet wurde.

Die Studie bestätigte mehrere wichtige historische Erkenntnisse.

1. Benxi war ein bedeutendes Zentrum der Eisenproduktion.

Historische Aufzeichnungen legen nahe, dass Benxi während der Ming-Dynastie bedeutende Mengen an Eisen lieferte.

Die archäologischen Funde bestätigten, dass Wangguan wahrscheinlich der Standort des historischen Hundert-Haushalte-Eisenhof, ein wichtiges, staatlich betriebenes Eisenwerk.

2. Die Tiegel waren bemerkenswert fortschrittlich.

Die Analyse ergab, dass die Tiegel aus lokal gewonnenem Material hergestellt wurden. Tonerde mit hohem Aluminiumgehalt.

Die entstandene Zusammensetzung:

• Hervorragende Wärmeschockbeständigkeit
• Feuerfestigkeit über 1700°C
• Ein für wiederholte Hochtemperatur-Eisenherstellung optimierter Werkstoff

Dies bewies, dass die Handwerker der Ming-Dynastie über ausgefeilte Kenntnisse im Umgang mit feuerfesten Materialien verfügten.

3. Sie verwendeten bereits Kohle und Koks.

Eine der interessantesten Schlussfolgerungen der Studie ist, dass die Arbeiter in der Region Benxi die Verwendung bereits beherrschten. Kohlevorkommen und Koks während der Ming-Dynastie.

Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass diese Eisenhersteller verstanden, wie die Brennstoffwahl den Schwefelgehalt und die Roheisenqualität beeinflusst – und zwar viel früher, als viele vielleicht erwarten würden.

SciAps X-200 half bei der Bewahrung der Geschichte

Im Gegensatz zu Schlacke oder Tiegelfragmenten, die ausgegraben wurden Landwirtschaftliche Geräte aus Eisen sind Museumsstücke..

Die Forscher konnten die Tiere nicht auseinanderschneiden oder Proben für Laboranalysen entnehmen.

Stattdessen verwendeten sie die SciAps X-200 tragbarer Röntgenfluoreszenz-Analysator für vollständig zerstörungsfreie Elementanalyse.

Hauptergebnisse

Laut der Veröffentlichung wurde das X-200-Analysegerät eingesetzt, um die Elementzusammensetzung der Artefakte – darunter Eisen, Silizium, Aluminium, Phosphor, Schwefel, Titan und weitere Elemente – zu bestimmen, ohne die Objekte zu beschädigen. Der große Messbereich und die hohe analytische Präzision des Geräts ermöglichten es dem Team, die Zusammensetzung jahrhundertealter Werkzeuge zu charakterisieren, ohne sie zu beeinträchtigen.

Diese Informationen halfen den Forschern:

• Vergleichen Sie verschiedene Werkzeuge
• Die Qualität des Eisens besser verstehen
• Rückschlüsse auf antike Schmelzpraktiken
• Unterstützen Sie Schlussfolgerungen über Brennstoffnutzung und metallurgische Techniken

Warum es wichtig ist

Das tragbare Röntgenfluoreszenz-Gerät von SciAps ermöglichte es Forschern, wissenschaftliche Daten zu gewinnen und gleichzeitig das kulturelle Erbe für zukünftige Generationen zu bewahren.

‍

Lesen Sie den Originalartikel

Publikationen:

Zhao, D.; Jiang, M. „Technische Analyse der Eisenherstellung in der Region Benxi während der Ming-Dynastie.“ Prozesse 2025, 13,3016.

„Um die Beschädigung oder Zerstörung der eisernen landwirtschaftlichen Geräte aus der Ming-Dynastie zu verhindern, wurde an diesen Kulturgütern eine zerstörungsfreie Zusammensetzungsanalyse mit dem tragbaren Röntgenfluoreszenz-Elementanalysator SciAps, Modell X-200 (SciAps, Inc., Boston, MA, USA), durchgeführt. Der Messbereich lag zwischen 0.01 % und 99.9 %, die Messgenauigkeit bei 0.001 %.“

Abstract:

Während der Entwicklung der Metallurgie im Feudalzeitalter war die Tiegelherstellung das wichtigste Eisengewinnungsverfahren in der Region Benxi und erreichte in der Ming-Dynastie seinen Höhepunkt. Anhand der Eisenhütte Wangguan in Benxi wurden die historischen Details des Eisengewinnungsprozesses der Ming-Dynastie in der Region untersucht und eine technische Analyse durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass diese historische Stätte während der Ming-Dynastie der Standort des Hundert-Haushalte-Eisenhofs im Nordosten Chinas war. Die ausgegrabenen Schlacken-, Eisen- und Tiegelproben deuten darauf hin, dass zu dieser Zeit eine relativ vollständige Prozesskette der Eisengewinnung existierte. Als Rohmaterial für die Tiegel wurde hochtonerdehaltiger Ton verwendet, der in Benxi, Liaoning, China, seit der Antike weit verbreitet war. Die Feuerfestigkeit der Tiegel überstieg 1700 °C, und das Molverhältnis von SiO₂ zu Al₂O₃ lag nahe am oberen Grenzwert für die optimale Mullitbildung und Temperaturwechselbeständigkeit. Die Schlacke wurde aus einem typischen hochsiliziumhaltigen, hochtonerdehaltigen Aluminosilikatsystem hergestellt, und es wurden keine Flussmittel wie Kalkstein oder Dolomit während des Schmelzprozesses zugesetzt. Darüber hinaus wurden Kohlevorkommen in der Region Benxi mindestens seit der Ming-Dynastie in großem Umfang für die Eisenverhüttung genutzt, und die Handwerker jener Zeit beherrschten bereits die Technologie, Koks als Brennstoff und Reduktionsmittel zur Kontrolle des Schwefelgehalts im Roheisen einzusetzen.

Stichwörter:

Geschichte der Eisenherstellung; metallurgische Grundlagen; technische Analyse; Region Benxi; Eisen- und Stahlindustrie

Zugang zur Veröffentlichung:

‍https://doi.org/10.3390/pr13093016

Über diese Zeitschrift:

‍Prozesse ist eine internationale, von Experten begutachtete Open-Access-Zeitschrift über Prozesse/Systeme in Chemie, Biologie, Materialwissenschaften, Energietechnik, Umwelttechnik, Lebensmitteltechnik, Pharmazie, Fertigung, Automatisierungstechnik, Katalyse, Trenntechnik, Partikeltechnik und verwandten Ingenieurgebieten, die halbmonatlich online von MDPI herausgegeben wird.