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第二章 中国古代冶金中的化学成就 第一节 铜和青铜冶炼中的化学

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大约在距今4000多年前,即我国新石器时代的后期,我们的祖先开始步入使用金属的时代。因为那时人们已经能熟练地烧制陶器,又可利用陶窑取得近千度的高温,对木炭的性能也比较熟悉了,这样就具备了开始熔铸、锻打和冶炼金属的物质条件。

在古代,人类所利用的金属主要是两大类,一种是铜及其合金,另一种是铁与钢。然而无论是中国,还是其他古老文化的发源地区在使用金属的历史上,都是铜器先于铁器,这是一个普遍的规律。因为有以下几方面的原因:第一,自然界中有色泽醒目的金属红铜,但没有天然铁,即使有一些极罕见的陨铁, 色泽很晦暗, 不大引起人们的注意。第二, 铜矿石中的孔雀石〔CuCO3·Cu(OH)2〕和 蓝铜矿〔2CuCO3Cu(OH)2〕是深绿色和翠蓝色的,颜色鲜艳,极易引人注目;赤铜矿(Cu2O)为红色,也容易识别。第三,炼铜比炼铁容易,因为用木炭还原上述氧化型铜矿石只需五、六百度,铜的熔点也只有1083℃,较铁的熔点(1535℃)低得多。

在齐家文化(距今约4000—4500年)遗址甘肃武威皇娘娘台曾出土过30余件铜器,包括刀、锥、凿、环等,经化学分析,纯度竟达99.6%以上,不含熔渣,仅含微量的锡、铅、锑、镍,表明它们是用天然铜锻造或熔铸而成的。而在甘肃大河庄和秦魏家两处齐家文化遗址中也发现过一些小件铜器,经检验,约含5%左右的铅;在唐山出土过一件铜耳环,属龙山文化,其中含有明显量的锡和少量铅;在山东胶县龙山文化遗址也出土过一支铜锥,居然是含少量铅、锡的铜锌合金,含锌在20—26%。这些铜器无疑都是从铜矿石冶炼出来的。特别是1958年在甘肃永清县张家咀辛店文化遗址及在山东诸城龙山文化遗址中不仅出土了红铜器碎片,并伴有铜炼渣和孔雀石;在河南临汝煤山龙山文化晚期遗址更出土了冶铜坩埚残片,其上并附着红铜粒,因此可以确认至迟在距今4000多年前这些地区已经冶炼铜。最初用于冶炼的无疑是孔雀石。1929年在河南安阳发掘殷墟遗址时,得到了一块重达18.8公斤的大块孔雀石,它的出土地点又在炼铜遗址密布的区域中。最初炼铜的器皿大约是一些像头盔样的陶质坩埚,现在称之为“将军盔”,一般容量约为三升,可放5—10公斤的矿石,在安阳和山东临淄都出土过。冶炼时,把矿石和木炭放入其中,在炭火上或类似陶窑的炉中加热。某些出土的坩埚片上还有小孔,冶金史家估计当时曾装上陶管,用嘴鼓气吹风,帮助燃烧升温。

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