Efficiency of Portable X-ray Fluorescence for Distinguishing Lead Slag
Efficacité de la fluorescence X portable pour la distinction de scories de plomb
Résumé
In the Minier Valley (France, Aveyron), an archaeological site excavation has led to the discovery of 25 kg of lead (Pb) slag, found in a secondary position. On a macroscopic level, these slags can be classified into two distinct categories, vitreous black and porous gray. This clear visual differentiation has been previously documented at other Pb–silver (Ag) metallurgy sites dating from the 12th century to the 14th century in Europe, and more particularly in the workshops of Mont Lozère, located approximately 80 km away from Le Minier. However, to date, scant evidence exists regarding the specific metallurgical process that produced this slag. This study presents the results of the analysis of 218 Pb slags (Supplemental Material) using portable X-ray fluorescence (pXRF). This method does not appear to be ideally suited for investigating this type of artifact, as it does not provide quantification of oxygen content. Nevertheless, it can be used to quickly identify trends and determine whether the two identified facies exhibit dissimilar chemical compositions. The results indicate that, based on the elemental compositions of the slags, no discernible distinction can be made to categorize them into two separate groups, both in bivariate and multivariate analyses. Consequently, it can be inferred that the gray and black slags originate from a single process executed within the same type of furnace. Scanning electron microscopy energy dispersive spectrometry analyses on selected samples demonstrate that variations in metal content are considerably exaggerated by pXRF, but that the trends observed are confirmed. The use of pXRF is therefore a relevant tool for determining whether or not Pb–Ag slag is the result of the same process. However, this initial approach needs to be refined by other analyses to confirm whether the smelted ores are of local origin and to be able to better define the details of the metallurgical process used.
Dans la vallée du Minier (France, Aveyron), l’ouverture d’un sondage archéologique a mené à la découverte de 25 kg de scories de plomb en position secondaire. Les scories se distinguent macroscopiquement en deux catégories : noires vitreuses et grises poreuses. Cette distinction visuelle très nette a déjà été décrite dans d’autres sites de métallurgie du plomb-argent des XIIe-XIVe siècles en Europe et plus particulièrement dans les ateliers du Mont Lozère, voisin d’environ 80 km du Minier. Cependant, à ce jour peu d’éléments permettent de déterminer le processus métallurgique à l’origine de ces scories.
Cette étude présente le résultat de l’analyse de 218 scories plombifères par fluorescence X portable. Cette méthode est d’apparence peu adaptée pour l’étude de ce type d’objet car elle ne quantifie pas l’oxygène. Elle permet néanmoins de dégager rapidement des tendances afin de déterminer si les deux faciès identifiés possèdent des compostions chimiques différentes.
Les résultats montrent que les compositions élémentaires des scories ne permettent pas de les discriminer pas en deux groupes distincts en projection bivariée comme multivariée. Scories grises et noires sont donc issues d’un processus unique au sein d’un même four.
Des analyses MEB (EDS) sur des échantillons sélectionnés permet de souligner que les variations des teneurs en métaux sont très exagérées par la fluorescence X portable mais que les tendances observées se confirment. Ainsi, l’utilisation de la pXRF constitue un outil pertinent pour déterminer si des scories de plomb-argent sont issues ou non d’un même de processus. Cette première approche nécessite cependant d’être affinée par d’autres analyses pour confirmer si les minerais fondus sont d’origine locales et pouvoir mieux définir les détails du processus métallurgique employé.