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探秘黄铜材料的最早使用

 水西公主 2014-04-22
探秘黄铜材料的最早使用
2012-06-11 09:53

    黄铜在古文献中常被称为鍮石,可能出自波斯语, 最早见于东汉至三国的汉译佛书。我国古代早期的鍮石主要通过与西域国家贸易或西域国家进贡获取, 大约在五代至宋时炼丹家摸索出用炉甘石和红铜炼制鍮石的方法。元至明初期, 炼制鍮石的方法从方士手中转到民间, 鍮石逐渐被黄铜所取代;大约至明万历年间, 随着黄铜炼制技术的推广, 产量提高, 其价值降至红铜的水平;明天启以后, 黄铜广泛用于铸造钱币。
    据不完全统计, 中国考古发掘的黄铜制品年代为明以前且经过科学鉴定的黄铜制品共17件。17件黄铜制品多为小件器物, 且年代跨度很大, 地域仅
涉及陕西、山东、新疆、青海、内蒙, 说明其出现的偶然性。相关研究人员对这17件黄铜器物的成分进行分析,结果显示: 1至6号器物含锌量在10% 以上, 成分偏析较大,并含有Fe、Pb、Sn、S等杂质, 可能由含锌的共生矿或混合矿冶炼而得, 是古人在原始冶炼条件下偶然得到的产物。7至17号器物含锌量在17%至30%, 有的还含有3%至9%的Pb和杂质Fe, 有的含有少量Ag和Sb。从成分上看, 冶炼原料不是纯净的铜和锌, 显示出矿炼黄铜的特点, 应是铜与锌矿石合炼而得。
    随着明代将黄铜用于铸造钱币及炼锌术的产生, 黄铜制品的数量逐渐增多, 并开始用于制作大型天文仪器。明代浑仪中的六合仪、三辰仪测量件即为铅锌黄铜所制, 成分为Cu74.0%至85.8%、Pb6.6%至19.6%、Zn3.7%至12.0%;而其支撑件则为铅锡青铜所制。北京古观象台现存清代的8台天文仪器均为黄铜或铅锌黄铜所制, 平均含锌量为27.6%, 高于浑仪的含锌量 , 说明黄铜已大量使用。
    明代中期黄铜开始用于铸造流通货币, 极大地推动了黄铜冶炼技术的发展。铜钱实物的成分分析结果显示, 从嘉靖通宝开始, 铸造铜钱普遍使用金属锌。从文献记录和实物遗存来看, 正式将黄铜用于铸钱, 是在明代嘉靖年间(1522至1566年)。有关研究人员对明代76枚和清代111枚黄铜钱币进行了元素化学定量分析, 对比不同年号钱币的成分, 可以清楚地看出中国古代黄铜铸钱的发展过程: 嘉靖中将黄铜用于铸钱, 万历中期前后大量使用高锌的四火黄铜, 天启年间直接使用金属锌配制合金铸钱, 说明黄铜铸钱技术已基本成熟; 清代乾隆年间开始铸造多元黄铜合金的青钱, 标志着中国古代黄铜铸钱技术达到了最高水平。
    自嘉靖中期将黄铜用于铸钱后, 人们对黄铜各种性能如铸造特性、加工性能的了解逐渐深入。同时铸造钱币需要大量的金属锌, 促进了黄铜冶炼技术的改进与发展, 一方面对发明单质锌冶炼技术有促进作用, 另一方面使黄铜冶炼技术从用菱锌矿炼黄铜向用单质锌炼黄铜进行转化。
    锌是一种银白色重金属, 沸点为907摄氏度。火法炼锌中, 氧化锌的热还原要求有强烈的还原气氛和1000摄氏度以上高温条件才能顺利进行, 冶炼生成挥发的锌蒸汽只有通过冷凝才能得到金属锌。如果没有快速的冷凝回收装置, 气态锌会迅速氧化, 或与炉气中的CO2 结合, 又转化为氧化锌。古代人们如何炼制金属锌, 是炼锌史研究的重要课题。
    单质锌的冶炼与黄铜冶炼技术的发展有密不可分的联系。通过文献考证和实验分析两种方法寻找黄铜钱币中使用单质锌的证据, 研究金属锌的冶炼史。他们用原子吸收分光光度法对明弘治至崇祯46枚铜钱试样进行元素定量分析, 发现天启以后的铜钱镉含量有显著提高。由于锌矿常伴有少量共生镉矿, 它们属于同族元素, 冶炼单质锌蒸馏冷凝时镉元素也易保留下来。镉元素相对含量高低可作为鉴别黄铜器物是矿炼黄铜还是单质锌炼黄铜的判据。有关学者认为在天启年间中国已将用单质锌炼制的黄铜用于铸造钱币。
    现存有关炼锌工艺的最早记载是明代宋应星所著《天工开物》倭铅中的内容:每炉甘石十斤, 装载入一泥罐内, 封裹泥固, 以渐砑干, 勿使见火拆裂。然后逐层用煤炭饼垫盛, 其底铺薪, 发火煅红, 罐中炉甘石熔化成团。冷定毁罐取出, 每十耗其二, 即倭铅也。
    我国西南地区至今仍保存有传统炼锌技术, 学者对其做了调查研究。从对传统炼锌工艺的考察来看, ??天工开物中记载的冶炼倭铅的方法与我国西南地区的炼锌工艺有许多相似之处, 现代竖罐炼锌法也可能由其发展而来。
    根据目前关于中国古代炼锌技术的文献和冶炼遗址研究结果, 中国古代炼锌技术的产生时间比印度晚, 但其技术具有独立性, 二者的炉形结构完全不同, 多数学者认为中国和印度的古代炼锌技术是各自独立发展起来的 。 
    有关学者综合文献解读、古代黄铜实物分析、传统遗址实地考察的成果, 认为中国传统的蒸馏法炼锌技术源于炉甘石升炼黄铜法, 直接推动力则是社会经济的大量需求, 即铸钱材料基本采用铜锌合金, 间接的原因还有古代工匠在实际生产中对炉甘石升炼法缺陷的充分认识, 对黄铜冶炼技术进行了变革 。

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