Crisol

La forma del crisol ha variado a lo largo del tiempo, con diseños que reflejan el proceso para el que se utilizan, así como variaciones regionales. Las formas más antiguas de crisol datan del sexto/quinto milenio a. C. en Europa del Este e Irán . ^{[ 2 ]}

Los crisoles utilizados para la fundición de cobre eran generalmente recipientes anchos y poco profundos hechos de arcilla que carece de propiedades refractarias , similar a los tipos de arcilla utilizados en otras cerámicas de la época. ^{[ 3 ]} Durante el período calcolítico , los crisoles se calentaban desde arriba mediante sopletes . ^{[ 4 ]} Los crisoles de cerámica de esta época presentaban ligeras modificaciones en su diseño, como asas, pomos o picos vertedores ^{[ 5 ]} que permitían manipularlos y verterlos con mayor facilidad. Ejemplos tempranos de esta práctica se pueden observar en Feinan, Jordania. ^{[ 4 ]} Estos crisoles tenían asas añadidas para facilitar su manipulación; sin embargo, debido a la mala conservación de los crisoles, no hay evidencia de un pico vertedor. El propósito principal del crisol durante este período era mantener el mineral en el área donde se concentraba el calor para separarlo de las impurezas antes de darle forma. ^{[ 6 ]}

Se ha encontrado un horno de crisol que data de 2300–1900 a. C. para la fundición de bronce en un recinto religioso de Kerma . ^{[ 7 ]}

El uso de crisoles en la Edad del Hierro es muy similar al de la Edad del Bronce , donde se utilizaban la fundición de cobre y estaño para producir bronce . Los diseños de los crisoles de la Edad del Hierro son los mismos que los de la Edad del Bronce.

El período romano muestra innovaciones técnicas, con crisoles para nuevos métodos utilizados para producir nuevas aleaciones. El proceso de fundición y fusión también cambió con la técnica de calentamiento y el diseño del crisol. El crisol evolucionó hacia recipientes de fondo redondeado o puntiagudo con una forma más cónica; estos se calentaban desde abajo, a diferencia de los tipos prehistóricos que eran de forma irregular y se calentaban desde arriba. Estos diseños proporcionaban mayor estabilidad al carbón. ^{[ 8 ]} En algunos casos, estos crisoles tienen paredes más delgadas y propiedades más refractarias. ^{[ 9 ]}

Durante el período romano se inició un nuevo proceso de metalurgia, la cementación , utilizado en la producción de latón . Este proceso implica la combinación de un metal y un gas para producir una aleación. ^{[ 10 ]} El latón se fabrica mezclando cobre sólido con óxido o carbonato de zinc, que se presenta en forma de calamina o smithsonita . ^{[ 11 ]} Esta mezcla se calienta a unos 900  °C, el óxido de zinc se vaporiza en gas y el zinc gaseoso se une al cobre fundido. ^{[ 12 ]} Esta reacción debe tener lugar en un recipiente parcialmente cerrado o cerrado, de lo contrario, el vapor de zinc escaparía antes de poder reaccionar con el cobre. Por lo tanto, los crisoles de cementación tienen una tapa que limita la cantidad de pérdida de gas del crisol. El diseño del crisol es similar al de los crisoles de fundición y fusión de la época, utilizando el mismo material. La forma cónica y la boca estrecha permitieron añadir la tapa. Estos pequeños crisoles se ven en Colonia Ulpia Trajana (actual Xanten ), Alemania, donde los crisoles tienen  un tamaño aproximado de 4 cm; sin embargo, estos son ejemplos pequeños. ^{[ 13 ]} Hay ejemplos de recipientes más grandes, como ollas y ánforas, que se utilizan para la cementación para procesar mayores cantidades de latón; dado que la reacción tiene lugar a bajas temperaturas, se podrían utilizar cerámicas de menor cocción. ^{[ 6 ]} Los recipientes de cerámica que se utilizan son importantes, ya que el recipiente debe poder perder gas a través de las paredes; de lo contrario, la presión rompería el recipiente. Los recipientes de cementación se producen en masa debido a que los crisoles deben romperse para extraer el latón una vez que la reacción ha terminado, ya que en la mayoría de los casos la tapa se habría endurecido al recipiente o el latón podría haberse adherido a las paredes del recipiente.

La fundición y fusión del cobre y sus aleaciones , como el bronce con plomo, se realizaba en crisoles similares a los de la época romana, que tenían paredes más delgadas y bases planas para encajar dentro de los hornos. La tecnología para este tipo de fundición comenzó a cambiar a finales de la Edad Media con la introducción de un nuevo material de temple para los crisoles de cerámica. Algunos de estos crisoles de aleación de cobre se utilizaban en la fabricación de campanas. Los crisoles para la fundición de campanas debían ser más grandes, de unos 60  cm. ^{[ 14 ]} Estos crisoles de finales de la Edad Media eran un producto de producción en masa.

El proceso de cementación, que se perdió desde finales del Imperio Romano hasta principios de la Edad Media, continuó de la misma manera con el latón. La producción de latón aumentó durante la Edad Media gracias a una mejor comprensión de la tecnología subyacente. Además, el proceso de cementación del latón no cambió mucho hasta el siglo XIX. ^{[ 15 ]}

Sin embargo, durante este período se produjo una gran e importantísima innovación tecnológica mediante el proceso de cementación: la producción de acero en crisol . La producción de acero con hierro y carbono funciona de forma similar a la del latón, mezclando el hierro con carbono para obtener acero. Los primeros ejemplos de acero cementado son el acero wootz de la India, ^{[ 16 ]} donde los crisoles se llenaban con hierro forjado de bajo contenido de carbono de buena calidad y carbono en forma de materia orgánica como hojas, madera, etc. Sin embargo, no se utilizaba carbón vegetal dentro del crisol. Estos primeros crisoles solo producían una pequeña cantidad de acero, ya que debían romperse una vez finalizado el proceso.

A finales de la Edad Media, la producción de acero se trasladó de la India al actual Uzbekistán, donde se empezaron a utilizar nuevos materiales en la fabricación de crisoles de acero; por ejemplo, se introdujeron los crisoles de mullita. ^{[ 17 ]} Estos eran crisoles de arcilla arenosa formados alrededor de un tubo de tela. ^{[ 17 ]} Estos crisoles se utilizaban de la misma manera que otros recipientes de cementación, pero con un orificio en la parte superior para permitir la salida de la presión.

A finales de la época medieval y durante la posmedieval, surgieron nuevos diseños y procesos de crisoles. Los tipos de crisoles para fundición y fusión comenzaron a limitarse en diseños, siendo producidos por unos pocos especialistas. Los principales tipos utilizados durante el período posmedieval fueron los crisoles de Hesse , fabricados en la región de Hesse , en Alemania. Estos son recipientes triangulares hechos en un torno o dentro de un molde utilizando arcilla de alta alúmina y templados con arena de cuarzo puro. ^{[ 18 ]} Además, otro crisol especializado que se fabricó en la misma época fue el crisol de grafito del sur de Alemania. Estos tenían un diseño muy similar al de los crisoles triangulares de Hesse, pero también se presentaban en formas cónicas. Estos crisoles se comercializaban por toda Europa y el Nuevo Mundo .

El perfeccionamiento de los métodos durante los periodos medieval y posmedieval condujo a la invención de la copela, que se asemeja a una pequeña huevera, hecha de cerámica o ceniza de hueso, y que se utilizaba para separar los metales comunes de los metales nobles. Este proceso se conoce como copelación . La copelación comenzó mucho antes del periodo posmedieval; sin embargo, los primeros recipientes fabricados para llevar a cabo este proceso datan del siglo XVI. ^{[ 19 ]} Otro recipiente utilizado para el mismo proceso es el escorificador, que es similar a una copela pero ligeramente más grande y elimina el plomo dejando atrás los metales nobles. Las copelas y los escorificadores se producían en masa, ya que después de cada reducción los recipientes absorbían todo el plomo y se saturaban por completo. Estos recipientes también se utilizaban en el proceso de ensayo metalúrgico, donde se extraen los metales nobles de una moneda o un peso de metal para determinar la cantidad de metales nobles en el objeto.

En el ámbito del análisis químico, los crisoles se utilizan en el análisis químico gravimétrico cuantitativo (análisis mediante la medición de la masa de un analito o su derivado). El uso común de un crisol puede ser el siguiente: un residuo o precipitado en un método de análisis químico se puede recoger o filtrar de una muestra o solución en un papel de filtro especial "sin cenizas" . El crisol y la tapa que se van a utilizar se pesan previamente con gran precisión en una balanza analítica . Tras un posible lavado o secado previo de este filtrado , el residuo en el papel de filtro se coloca en el crisol y se calienta a muy alta temperatura hasta que todos los volátiles y la humedad se eliminan del residuo de la muestra en el crisol. El papel de filtro "sin cenizas" se quema por completo en este proceso. El crisol con la muestra y la tapa se deja enfriar en un desecador . El crisol y la tapa con la muestra en su interior se pesan de nuevo con gran precisión solo después de que se hayan enfriado completamente a temperatura ambiente (una temperatura más alta provocaría corrientes de aire alrededor de la balanza, lo que daría resultados inexactos). A este resultado se le resta la masa del crisol y la tapa vacíos y previamente pesados ​​para obtener la masa del residuo completamente seco que queda en el crisol.

Un crisol con el fondo perforado con pequeños agujeros diseñados específicamente para su uso en filtración, especialmente para análisis gravimétrico como el que se acaba de describir, se llama crisol de Gooch en honor a su inventor, Frank Austin Gooch .

Para obtener resultados totalmente precisos, el crisol se manipula con pinzas limpias , ya que las huellas dactilares pueden añadir una masa que se puede pesar. Los crisoles de porcelana son higroscópicos , es decir, absorben una pequeña cantidad de humedad del aire. Por este motivo, el crisol y la tapa de porcelana también se precalientan (se calientan a alta temperatura) hasta alcanzar una masa constante antes del pesaje previo. Esto determina la masa del crisol y la tapa completamente secos. Se necesitan al menos dos cocciones, enfriamientos y pesajes que den como resultado exactamente la misma masa para confirmar la masa constante (completamente seca) del crisol y la tapa, y de forma similar para el crisol, la tapa y el residuo de la muestra en su interior. Dado que la masa de cada crisol y tapa es diferente, la precocción y el pesaje previo deben realizarse para cada nuevo crisol y tapa que se utilice. El desecador contiene un desecante para absorber la humedad del aire en su interior, de modo que el aire en su interior estará completamente seco.