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探秘黃銅材料的最早使用

 水西公主 2014-04-22
探秘黃銅材料的最早使用
2012-06-11 09:53

    黃銅在古文獻(xiàn)中常被稱為鍮石,可能出自波斯語, 最早見于東漢至三國的漢譯佛書。我國古代早期的鍮石主要通過與西域國家貿(mào)易或西域國家進(jìn)貢獲取, 大約在五代至宋時(shí)煉丹家摸索出用爐甘石和紅銅煉制鍮石的方法。元至明初期, 煉制鍮石的方法從方士手中轉(zhuǎn)到民間, 鍮石逐漸被黃銅所取代;大約至明萬歷年間, 隨著黃銅煉制技術(shù)的推廣, 產(chǎn)量提高, 其價(jià)值降至紅銅的水平;明天啟以后, 黃銅廣泛用于鑄造錢幣。
    據(jù)不完全統(tǒng)計(jì), 中國考古發(fā)掘的黃銅制品年代為明以前且經(jīng)過科學(xué)鑒定的黃銅制品共17件。17件黃銅制品多為小件器物, 且年代跨度很大, 地域僅
涉及陜西、山東、新疆、青海、內(nèi)蒙, 說明其出現(xiàn)的偶然性。相關(guān)研究人員對(duì)這17件黃銅器物的成分進(jìn)行分析,結(jié)果顯示: 1至6號(hào)器物含鋅量在10% 以上, 成分偏析較大,并含有Fe、Pb、Sn、S等雜質(zhì), 可能由含鋅的共生礦或混合礦冶煉而得, 是古人在原始冶煉條件下偶然得到的產(chǎn)物。7至17號(hào)器物含鋅量在17%至30%, 有的還含有3%至9%的Pb和雜質(zhì)Fe, 有的含有少量Ag和Sb。從成分上看, 冶煉原料不是純凈的銅和鋅, 顯示出礦煉黃銅的特點(diǎn), 應(yīng)是銅與鋅礦石合煉而得。
    隨著明代將黃銅用于鑄造錢幣及煉鋅術(shù)的產(chǎn)生, 黃銅制品的數(shù)量逐漸增多, 并開始用于制作大型天文儀器。明代渾儀中的六合儀、三辰儀測量件即為鉛鋅黃銅所制, 成分為Cu74.0%至85.8%、Pb6.6%至19.6%、Zn3.7%至12.0%;而其支撐件則為鉛錫青銅所制。北京古觀象臺(tái)現(xiàn)存清代的8臺(tái)天文儀器均為黃銅或鉛鋅黃銅所制, 平均含鋅量為27.6%, 高于渾儀的含鋅量 , 說明黃銅已大量使用。
    明代中期黃銅開始用于鑄造流通貨幣, 極大地推動(dòng)了黃銅冶煉技術(shù)的發(fā)展。銅錢實(shí)物的成分分析結(jié)果顯示, 從嘉靖通寶開始, 鑄造銅錢普遍使用金屬鋅。從文獻(xiàn)記錄和實(shí)物遺存來看, 正式將黃銅用于鑄錢, 是在明代嘉靖年間(1522至1566年)。有關(guān)研究人員對(duì)明代76枚和清代111枚黃銅錢幣進(jìn)行了元素化學(xué)定量分析, 對(duì)比不同年號(hào)錢幣的成分, 可以清楚地看出中國古代黃銅鑄錢的發(fā)展過程: 嘉靖中將黃銅用于鑄錢, 萬歷中期前后大量使用高鋅的四火黃銅, 天啟年間直接使用金屬鋅配制合金鑄錢, 說明黃銅鑄錢技術(shù)已基本成熟; 清代乾隆年間開始鑄造多元黃銅合金的青錢, 標(biāo)志著中國古代黃銅鑄錢技術(shù)達(dá)到了最高水平。
    自嘉靖中期將黃銅用于鑄錢后, 人們對(duì)黃銅各種性能如鑄造特性、加工性能的了解逐漸深入。同時(shí)鑄造錢幣需要大量的金屬鋅, 促進(jìn)了黃銅冶煉技術(shù)的改進(jìn)與發(fā)展, 一方面對(duì)發(fā)明單質(zhì)鋅冶煉技術(shù)有促進(jìn)作用, 另一方面使黃銅冶煉技術(shù)從用菱鋅礦煉黃銅向用單質(zhì)鋅煉黃銅進(jìn)行轉(zhuǎn)化。
    鋅是一種銀白色重金屬, 沸點(diǎn)為907攝氏度?;鸱掍\中, 氧化鋅的熱還原要求有強(qiáng)烈的還原氣氛和1000攝氏度以上高溫條件才能順利進(jìn)行, 冶煉生成揮發(fā)的鋅蒸汽只有通過冷凝才能得到金屬鋅。如果沒有快速的冷凝回收裝置, 氣態(tài)鋅會(huì)迅速氧化, 或與爐氣中的CO2 結(jié)合, 又轉(zhuǎn)化為氧化鋅。古代人們?nèi)绾螣捴平饘黉\, 是煉鋅史研究的重要課題。
    單質(zhì)鋅的冶煉與黃銅冶煉技術(shù)的發(fā)展有密不可分的聯(lián)系。通過文獻(xiàn)考證和實(shí)驗(yàn)分析兩種方法尋找黃銅錢幣中使用單質(zhì)鋅的證據(jù), 研究金屬鋅的冶煉史。他們用原子吸收分光光度法對(duì)明弘治至崇禎46枚銅錢試樣進(jìn)行元素定量分析, 發(fā)現(xiàn)天啟以后的銅錢鎘含量有顯著提高。由于鋅礦常伴有少量共生鎘礦, 它們屬于同族元素, 冶煉單質(zhì)鋅蒸餾冷凝時(shí)鎘元素也易保留下來。鎘元素相對(duì)含量高低可作為鑒別黃銅器物是礦煉黃銅還是單質(zhì)鋅煉黃銅的判據(jù)。有關(guān)學(xué)者認(rèn)為在天啟年間中國已將用單質(zhì)鋅煉制的黃銅用于鑄造錢幣。
    現(xiàn)存有關(guān)煉鋅工藝的最早記載是明代宋應(yīng)星所著《天工開物》倭鉛中的內(nèi)容:每爐甘石十斤, 裝載入一泥罐內(nèi), 封裹泥固, 以漸砑干, 勿使見火拆裂。然后逐層用煤炭餅墊盛, 其底鋪薪, 發(fā)火煅紅, 罐中爐甘石熔化成團(tuán)。冷定毀罐取出, 每十耗其二, 即倭鉛也。
    我國西南地區(qū)至今仍保存有傳統(tǒng)煉鋅技術(shù), 學(xué)者對(duì)其做了調(diào)查研究。從對(duì)傳統(tǒng)煉鋅工藝的考察來看, ??天工開物中記載的冶煉倭鉛的方法與我國西南地區(qū)的煉鋅工藝有許多相似之處, 現(xiàn)代豎罐煉鋅法也可能由其發(fā)展而來。
    根據(jù)目前關(guān)于中國古代煉鋅技術(shù)的文獻(xiàn)和冶煉遺址研究結(jié)果, 中國古代煉鋅技術(shù)的產(chǎn)生時(shí)間比印度晚, 但其技術(shù)具有獨(dú)立性, 二者的爐形結(jié)構(gòu)完全不同, 多數(shù)學(xué)者認(rèn)為中國和印度的古代煉鋅技術(shù)是各自獨(dú)立發(fā)展起來的 。 
    有關(guān)學(xué)者綜合文獻(xiàn)解讀、古代黃銅實(shí)物分析、傳統(tǒng)遺址實(shí)地考察的成果, 認(rèn)為中國傳統(tǒng)的蒸餾法煉鋅技術(shù)源于爐甘石升煉黃銅法, 直接推動(dòng)力則是社會(huì)經(jīng)濟(jì)的大量需求, 即鑄錢材料基本采用銅鋅合金, 間接的原因還有古代工匠在實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)爐甘石升煉法缺陷的充分認(rèn)識(shí), 對(duì)黃銅冶煉技術(shù)進(jìn)行了變革 。

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