استحصال روی در ایران باستان: تحلیل ژئوشیمیایی و پتروگرافی میخ‌های سفالی و سرباره‌های کوره‌ ذوب فلز روی بهاباد، یزد

محوطه ذوب فلز روی بهاباد، واقع در 71 کیلومتری شمال بهاباد در استان یزد با مساحت 220 مترمربع در کمربند فلز زایی طبس-پشت‌بادام قرار دارد. این پژوهش با هدف شناسایی نوع فلز استخراج‌شده و بررسی فرآیندهای استحصال به‌کاررفته، از طریق تحلیل پتروگرافی و ژئوشیمیایی میخ‌های سفالی و سرباره‌های کوره انجام شده است. از این محوطه، 10 نمونه میخ سفالی و 10 نمونه سرباره جمع‌آوری شد که از هر گروه، پنج نمونه برای مطالعات پتروگرافی و آنالیز شیمیایی به روش icp-oes انتخاب شدند. پتروگرافی میخ‌های سفالی، ساخته‌شده از خاک رس پخته، بافت پورفیری با حدود 20 درصد کوارتز و مقادیر اندک کلسیت را نشان می دهد، در حالی که سرباره‌ها کوره ذوب فلز حاوی فایالیت (fe₂sio₄)، ملیلیت، پیروکسن و وستیت (feo) بودند. نتایج آنالیز شیمیایی، میانگین 1/21 درصد اکسید روی zno در میخ‌های سفالی را نشان می دهد که نقش آن‌ها را در استحصال فلز روی به‌صورت توتیا (zno) پس از قرن‌ها تایید می‌کند. سرباره‌ها با میانگین 3/74 درصد zno، بیانگر استخراج ناقص روی از این کوره هستند. غلظت پایین سرب (669 ppm در میخ‌ها و 315 ppm در سرباره‌ها) و گوگرد (1053 ppm در میخ‌ها و 361 ppm در سرباره‌ها) استفاده از کانی‌های اکسیدی مانند اسمیتسونیت (znco₃) یا همی‌مورفیت را به‌جای سولفیدهایی نظیر اسفالریت (zns) نشان می‌دهد که با کمربند فلز زایی سرب-روی کانسارهای اکسیدی منطقه هم‌خوانی دارد. برای استحصال فلز روی، بر خلاف سایر فلزات، از کوره‌های دوطبقه استفاده شده است که شامل طبقه زیرین برای حرارت دهی به سنگ معدن و طبقه بالایی با صفحه‌ای مشبک است. روی این صفحه مشبک، میخ‌های سفالی (با طول 10 تا 15 سانتی‌متر و قطر 1 تا 1 سانتی‌متر) قرار می‌گرفتند. با حرارت دهی سنگ معدن، بخارات روی از طریق تصعید بالا آمده و بر سطح میخ ها رسوب می کردند.پس از خنک شدن، توتیا (اکسید روی) از میخ ها جدا می شد. این فناوری در مقایسه با روش تقطیر نزولی هند (با استفاده از اسفالریت و کوره‌های مربعی شکل) و روش تقطیر صعودی چین (با کندانسور و کوره‌های مستطیلی) متمایز است و فناوری کهن و منحصر به فرد ایران را در استحصال فلز روی نشان می دهد.

reconstruction of ancient zinc extraction technology in iran: geochemical and petrographic analysis of ceramic nails and smelting slags from bahabad, yazd

the bahabad zinc smelting site, located 71 km north of bahabad in yazd province, iran, spanning 220 m² within the tabas-posht-e-badam metallogenic belt, is a key ancient metallurgical center. this study aims to identify the extracted metal, analyze metallurgical processes, and reconstruct the employed technologies through petrographic and geochemical analyses of ceramic nails and furnace slags. thirty ceramic nails and 20 slag samples were collected, with five samples from each group selected for petrographic study and chemical analysis using inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (icp-oes). petrographic results revealed that the ceramic nails, made from fired clay, exhibit a porphyritic texture with ~20% quartz and minor calcite, while slags contain fayalite (fe₂sio₄), melilite, pyroxene, and wüstite (feo), indicating high-temperature, reducing conditions. chemical analysis showed an average of 1.21% zno in nails, confirming their role in collecting zinc vapors as tutia (zno) over centuries, and 3.74% zno in slags, suggesting incomplete zinc extraction. low lead (669 ppm in nails, 315 ppm in slags) and sulfur (1053 ppm in nails, 361 ppm in slags) concentrations indicate the use of oxidized ores like smithsonite (znco₃) or hemimorphite rather than sulfides like sphalerite (zns), consistent with the region's oxidized lead-zinc deposits. two-tier furnaces, with a lower heating chamber and an upper perforated clay plate holding ceramic nails (10–20 cm long, 2–4 cm diameter), facilitated upward distillation. this technology contrasts with india's downward distillation (sphalerite, square furnaces) and china's condenser-based upward method (rectangular furnaces), highlighting iran's indigenous innovation using charcoal and ceramic nails. the study underscores the technology's adaptation to local conditions and its significance in global metallurgical history.