青铜文物腐蚀过程的模拟研究

摘要

采用地球化学模式程序EQ3/6,研究了青铜器蚀变过程.模拟结果表明,在土壤中常见的Eh和pH及研究区的年平均温度条件下,溶液中铜离子的含量达到一定的浓度时,可以生成赤铜矿(当Cu≈0.0016 mol/L)、孔雀石及黑铜矿(当Cu≈0.0079mol/L)等次生矿物,溶液中Cu的存在形式也发生了变化,即CuCO3(aq)所占的比例不断减小,而Cu2+和CuOH+的含量则相继增高,且Cu2+的增幅大于CuOH+.青铜制品中的Cu在不同的Eh和pH条件下腐蚀的产物是不同的.在研究的Eh(-0.2 V^0.7 V)和pH值(5~9.5)范围内,赤铜矿的形成不受氧化—还原电位及酸碱度变化的影响;孔雀石和黑铜矿形成于较高pH值(>7)和较高的氧化—还原电位(>0.2 V)条件;而辉铜矿则形成于较低的pH值(<7)和较低的Eh(<0.2 V)条件.水-青铜器相互作用的模拟研究结果表明,在作用过程中将依次生成赤铜矿、孔雀石、黑铜矿、白铅矿、锡石及在合金内层残留的自然Cu、Pb和Zn.在这一过程中溶液中Cu和Pb的含量逐渐降低,但Zn的行为则与Cu、Pb相反,即随着合金的溶解在溶液中的含量增加了.在上述模拟结果基础上,建立了青铜器腐蚀的化学作用过程,即青铜器的腐蚀大致可分为两个阶段:第一阶段生成黑铜矿和孔雀石,第二阶段生成白铅矿和锡石等矿物.上述模拟研究结果与现有的测定结果相吻合,同时还揭示了现有的常规研究所不能揭示的腐蚀过程,由此说明不仅可以应用地球化学模式程序来研究青铜器的腐蚀产物,还可以揭示青铜类文物的腐蚀过程及机理.