在早期的文明国度和地区中,中国使用铜、铁等金属的年代相对说来是较晚的。但是,由于中国在冶铸技术方面的发明和创新,中国的冶金业很快就后来居上,跃升于世界的前列,并为中国古代文明的高度发达奠定了坚实的物质基础。
从这里我们可以看到一个技术进步带动生产发展,进而促进社会文明进步的典型范例,在这种意义上,冶金技术也是中国传统社会文化进化的基本动力,为中国古代灿烂文化的丰富与繁荣做出了卓越的贡献。
青铜冶练
甘肃东乡马家窑文化遗址出土的铜刀,距今约年,是现在已知中国最早的青铜器。
青铜兵器是古代青铜冶炼的代表。春秋中晚期至战国为我国青铜兵器的鼎盛期,冶铸规模继续扩大。当时良匠层出,铸造技术及雕刻技术一时大备,臻于完善,可根据不同要求、不同性能,按比例配制青铜合金,铸造器物;分铸、浑铸、叠铸、铜焊、锡焊、复合金属铸造工艺发达。不少王公贵族以佩剑来显示自己尊贵的身份和气度,且愈加追求所佩带青铜兵器的装潢,这就促进了青铜兵器装饰技术的发展,出现了同心圆剑柄首、错金银、鎏金、镶嵌宝石、浮雕透雕、火焰纹、菱形纹等工艺。在流传至今的古典文献中,有很多关于吴越兵器精品的记述。
青铜剑
天下至尊——巨阙剑
在炼铜中的另一项重要成就是湿法炼铜,也叫胆铜法。这是利用炼丹家所发现的铁对铜离子的置换反应,进行冶铜的方法。其工艺过程是把硫酸铜或碳酸铜(古称曾青、胆矾、石胆等)溶于水,使成胆水,然后投铁块于溶液中,因铁的化学性能比铜活泼,铁离子会置换出铜来。这是世界上最早的湿法冶金,宋代已用此法进行大规模的炼铜生产。
世界湿法炼铜第一人——张潜
铁的冶练
青铜冶炼技术为铁的冶炼提供了技术基础和规模化生产的组织管理经验,春秋战国之交,铁器较多使用,标志着新一代社会生产力形成,中国进入铁器时代。
从战国到西汉,生熟铁并用平行发展。
早期的铸铁都是白口铁,铸造性能较好。但碳是以化合碳的形式存在于铁中,使得生铁脆硬,不耐碰击。
战国中期以后,铁器已取代铜器成为主要的生产工具。
从唐代到明代,是古代冶铁技术全面发展和定型的时期。
到了明代,采用了“生铁淋口”法锻制生产工具。这种方法的原理和炼钢用的灌法是相同的。
明代中叶到清末,传统冶铁技术继续缓慢发展,生铁年产量达数十万吨。炼铁竖炉高9米,佛山炼铁厂还采用装料机械(机车)代人力加料。
在18世纪中叶工业革命之前,中国冶铁工业的生产规模和技术水平与当时的英法等国相比并不逊色,各领风骚。
钢的冶炼
百炼钢
出土文物表明,中国最迟在战国晚期已经掌握这种最初期的炼钢技术。人们在打制器物的时候,有意识地增加折叠、锻打次数,一块钢往往需要烧烧打打、打打烧烧,重复很多次,甚至上百次,所以称之为百炼钢。百炼钢碳分比较多,组织更加细密,成份更加均匀,所以钢的品质提高,主要用于制作宝刀、宝剑。
炒钢法
在西汉中晚期,中国出现新的炼钢技术“炒钢”,这是在生铁冶铸技术的基础上发展起来的一种炼钢技术。其基本方法是将生铁加热成半液体和液体状,然后加入铁矿粉,同时不断搅拌,利用铁矿粉和空气中的氧去掉生铁中的一部分碳,使生铁中的碳含量降低,去渣,直接获得钢,这就是炒钢技术。
灌钢法
创始于魏晋南北朝时期的灌钢技术,是中国冶金史上的一项独创性发明。陶弘景说:“钢铁是杂炼生柔作刀镰者”,北齐的綦母怀文“造宿铁刀,其法烧生铁精以重柔铤,数宿则成刚”,说的就是灌钢技术。明代灌钢技术又进一步发展,据《天工开物》卷十四记载,已把柔铁屈盘改为薄熟铁片,进一步增加了生熟铁的接触面,加速“生熟相和,炼成则钢”的进程,泥封亦改为草泥混封。灌钢又称“抹钢”、“苏钢”,其工艺自清至近代仍很盛行。在坩埚炼钢法发明之前,灌钢法是一种最先进的炼钢技术。
金银冶炼
由于金和银在大自然中能够以单质的形态存在,也就是金属状。所以古人在没掌握冶炼技术之前最早发现的也就是这些金属,古代冶炼金银主要有五道工序:
1、第一道工序是磨矿。先将矿石放入水碓,通过水力作用将大块的矿石粉碎,然后用石磨磨成粉末。
2、第二道工序是淘洗。就是将矿石粉末放在水中淘洗,去除不含矿的部分,留下含金银较多的粉末,行话叫精矿粉。
3、第三道工序叫制团烧结。也就是将含金银的粉末和米饭等混合在一起做成球团,与木炭分层垒成堆,去除硫化物的硫、烧结成松脆的矿团。
4、第四道工序叫铅还原冶炼。将矿团铅混合熔炼,进行化学置换,形成含金银的铅块。
5、第五道工序叫灰吹法。也就是把含金银的铅块放在草木灰上熔炼,吹入氧气,去除铅块的铅。吹去草灰,便可收获高纯度的黄金白银。
锌的冶炼
我国是世界上较早发现和炼制锌的国家。在古代,锌又被称作白铅、水锡、白水铅、倭铅等,由于在高温下易挥发、难捕获,故其冶炼技术的出现和成熟比铜、铁、锡、铅等金属晚得多。
先秦把锌作为伴生矿加入铜合金中,从汉代至元代更是有意识地把锌的氧化物炉甘石加入化铜炉中,以生产锌为主要合金元素的铜合金黄铜。明代时,则开始了大规模地用炉甘石作原料提炼金属锌。从十六世纪起,中国的锌便不断传进欧洲。欧洲到十七世纪才开始炼锌,其工艺也是源自于中国。
中国古代冶金技术悠久的历史文化为中国文化的丰富与繁荣做出了卓越的贡献,中国古代冶金技术的发展是在不断吸收、消化各外来技术的过程中,结合自身文化和技术逐渐形成的,体现了中华文明兼容并蓄、博采众长、海纳百川、有容乃大的特质。
中国古代冶金技术一个最突出的特点便是铸造技术占有重要的地位,以至于铸造既作为成形工艺而存在,又成为冶炼工序中的一个组成部分,达到了“冶”与“铸”密不可分的地步。因此在古代文献中往往是冶铸并称,并对中国文化产生了深刻的影响。如常用词汇“模范”、“范围”、“陶冶”、“就范”等,都是由冶铸技术衍生而来的。
这种冶与铸密不可分的冶金传统,是古代世界上其它国家和地区所无法比拟的,因此冶金技术文化也是我们中华民族区别于世界上其他民族的重要标志之一。
END
采编/冬静思
排版/何晓
审核/王学长
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