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Calcium Carbonate on Bronze Finds: SAFE SEQUESTERING WITH SODIUM TRIPOLYPHOSPHATE?

Jörg Stelzner and Gerhard Eggert
Studies in Conservation
Vol. 53, No. 4 (2008), pp. 264-272
Stable URL: http://www.jstor.org/stable/27867049
Page Count: 9
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Calcium Carbonate on Bronze Finds: SAFE SEQUESTERING WITH SODIUM TRIPOLYPHOSPHATE?
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Abstract

The removal of calcareous accretions from archaeological bronzes can be a difficult step in their conservation. Chemical cleaning with chelating agents might be an alternative to mechanical methods. In this study the use of the chelating agent sodium tripolyphosphate (STPP) was examined to determine whether it is effective in discriminating between calcium carbonate and copper patina, and non-corrosive to copper alloys in the presence of air. Comparative experiments with STPP and disodium ethylenediamine-tetraacetate (Na2-EDTA) were carried out on synthetic malachite, cuprite, calcium carbonate, naturally polished malachite surfaces and sheets of bronze and brass. In addition to the properties of the chelating agent, the solubility of the salts and the pH values of the solutions are crucial factors in the removal of compounds of low solubility. The quantity of metal ions dissolved, estimated by atomic absorption spectral analysis and scanning electron microscopy, showed that the calcareous accretions could be removed satisfactorily, but STPP also dissolved constituent parts of the patina, such as malachite and cuprite, and may harm bronze or brass. Compared to Na2-EDTA, STPP is less effective in dissolving calcium carbonate. It is less harmful to the patina and base metal, but may lead to patination of the underlying metal. L'élimination des concrétions calcaires sur des objets archéologiques en bronze représente une étape difficile de leur traitement de conservation. Le nettoyage chimique avec des agents chélatants pourrait constituer une méthode alternative aux méthodes mécaniques. Dans la présente étude, on examine l'utilisation d'un agent chélatant, le tripolyphosphate de sodium (TPPS) afin de déterminer s'il peut réagir différemment avec le carbonate de calcium et la patine de cuivre et s'il est non corrosif pour les alliages de cuivre exposés à l'air. Des expériences comparatives avec le TTPS et l'éthylènediaminetétraacétate de sodium (Na2-EDTA) ont été menées sur de la malachite synthétique, de la cuprite, du carbonate de calcium, des surfaces de malachite polies et des feuilles de bronze et de cuivre. En plus des propriétés chélatantes de l'agent, la solubilité des sels et les valeurs de pH des solutions sont des facteurs cruciaux dans l'élimination des composés de faible solubilité. La quantité totale des ions métalliques dissouts, estimée par analyse spectrale d'absorption atomique et par microscopie électronique à balayage, indiquait que les concrétions calcaires pouvaient être enlevées de façon satisfaisante, mais le TPPS a également dissout des éléments constituants de la patine, tels que la malachite et la cuprite, et peut être nocif pour le bronze ou le cuivre. Comparé au Na2-EDTA, le TPPS est moins efficace pour dissoudre le carbonate de calcium. Il est moins nocif pour la patine et le métal de base, mais peut induire la patine du métal sous-jacent. Die Oberflächen archäologischer Bronzeobjekte können mit Kalksinter bedeckt sein, ihre mechanische Freilegung kann sich schwierig gestalten. Die chemische Freilegung mit Komplexbildnern könnte hier eine Alternative zur mechanischen Reinigung darstellen. In dieser Arbeit wurde überprüft, ob der Komplexbildner Natriumtripolyphosphat (NTPP) selektiv Calciumcarbonat von Bronzeoberflächen entfernt und ob er in Gegenwart von Sauerstoff korrosiv auf Kupferlegierungen wirkt. Vergleichende Versuche wurden mit NTPP und dem Dinatriumsalz der Ethylendiamintetraessigsäure (Na2-EDTA) an synthetischem Malachit, Cuprit, Calciumcarbonat und an natürlichen Malachitoberflächen sowie Bronze- und Messingblechen durchgeführt. Um schwer lösliche Verkrustungen zu entfernen, sind neben den Eigenschaften der Komplexbildner auch die Löslichkeit der betroffenen Verbindungen und der pH-Wert der Lösung entscheidend. Die mit Atomabsorptionsspektralanalyse ermittelten Mengen der gelösten Metallionen und Untersuchungen im Rasterelektronenmikroskop zeigten, dass Kalksinter gut zu entfernen ist, aber dass NTPP auch Bestandteile der Patina wie Malachit und Cuprit anlöst und korrosiv auf das Grundmetall wie Bronze und Messing wirkt. NTPP greift die Patina und das Grundmetall zwar weniger stark an als Na2-EDTA, kann aber zu einer Patinierung des Metalls führen. La eliminación de concreciones calcáreas en bronces arqueológicos puede ser un paso difícil en sus procesos de conservación. Las limpiezas químicas y los agentes quelantes pueden ser alternativas válidas a los métodos mecánicos. En este estudio se examinó el uso del agente quelante tri-polifosfato de sodio (STPP) para determinar si es efectivo a la hora de diferenciar entre carbonato de calcio y pátina de cobre, no debiendo ser además corrosivo para las alecciones de cobre en presencia de aire. Se llevaron a cabo experimentos comparativos entre el STPP y el disodio etilendiamina-tetraacetato (Na2-EDTA) en substratos de malaquita sintética, cuprita, carbonato de calcio, superficies naturalmente pulidas de malaquita y láminas de bronce y latón. Además de las propiedades del agente quelante, la solubilidad de las sales y los valores de pH son factores cruciales en la eliminación de compuestos de baja solubilidad. La cantidad de iones metálicos disueltos, estimada por análisis de absorción atómica espectral y por microscopía electrónica de barrido, mostró que las costras calcáreas podían ser eliminadas satisfactoriamente; sin embargo el STPP también disolvía constituyentes de la pátina, como la malaquita y la cuprita, y puede dañar el bronce y el latón. Comparado con el Na2-EDTA, el STPP es menos efectivo para disolver carbonato de calcio, también es menos dañino para la pátina y para el metal-base pero puede llegar a producir una pátina artificial en el metal subyacente.

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