10 铜指环 [ 7]
内蒙古 察右 中旗 七 郎山 墓地 青海都兰吐蕃墓葬 青海都兰吐蕃墓葬 青海都兰吐蕃墓葬 青海都兰吐蕃墓葬 青海都兰吐蕃墓葬 内蒙古 锡林 郭 勒盟 元上 都 一号基址
4世纪
72 8
18 3
锻造
12 铜条 [ 8] 13 铜钩饰 [ 8] 14 铜牛鼻圈 [ 8] 15 铜带环 [ 8] 16 铜带扣 [ 8] 17 铜烟锅残片 [ 9]
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 % 85 8 %、 Pb6 6 %
[ 11]
19 6 %、 Zn3 7 %
12 0 %
[ 10]
; 而其支撑件则为铅锡青铜所
[ 13]
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。
[ 18] [ 16 ]
, 周卫荣在云贵地区的考察
[ 17 ]
, 韩汝玢、 胡文龙对黔西的传统炼
[ 19]
锌工艺的考察 , 梅建军对清代及其以后的炼锌工艺作了考证 等。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。传统的 炼锌罐、 炼锌炉 如图 1 、 图 2 所示。 重庆市丰都炼锌遗址群的发现与发掘是三峡工程淹没及迁建区考古发掘的重要收获
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国
科
技
史
杂
志
31卷
之一。陈建立课题组 根据河南省文物考古研究所等单位多次对丰都庙背后、 木屑溪、 铺 子河等冶炼遗址的考古勘探和发掘资料, 对华中及西南地区古代铅锌矿开采与冶炼遗址 的田野调查结果 , 对重庆丰都、 石柱等多处冶炼遗址出土冶炼遗物的成分、 结构和年代的 科学分析数据, 最终确认该冶炼遗址群系迄今为止我国古代最早的炼锌遗址群。 根据考古发掘和炉渣分析结果可以认定, 庙背后遗址是一个炼锌遗址, 所反映的炼锌 方法已经成熟, 它利用一种比较容易制作的陶罐作为反应坩埚, 利用反应过程中上下温度 差造成的自然蒸馏效应, 使锌蒸汽在上方冷凝而获得金属锌。这是中国古代炼锌遗址的 首次发现, 标志中国炼锌史研究从文献调研和传统工艺调查阶段发展到田野考古调查和 发掘阶段。 从庙背后等炼锌遗址出土木 炭的碳 14 年代测定结果可知 , 其遗址年代比 天工开 物 的成书年代略早, 并持续了一定时间。不过从庙背后遗址炼锌的规模和技术水平来 看 , 炼锌术在短期决不能达到这么高的水平, 必有其起源和发展的一个过程, 这为研究中 国炼锌技术起源提供了线索 。
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。
2期
马越等 : 中国古代黄铜制品与冶炼技术的研究状况分析
209
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 [ 12] 遗存来看, 正式将黄铜用于铸钱 , 是在明代嘉靖年间 ( 1522 1566年 ) 。 周卫荣
表 1 考古发现年代为明以前的黄铜制品统 计表 1 )
编 号 1 器物名称 黄铜圆形薄 片 残块 [ 2] 2 长条形黄铜笄 [ 3] 遗址名称 陕西西 安姜 寨 仰韶 文化 一 期遗址 陕西渭 南仰 韶文 化 晚期 遗址 3 黄铜锥形物 [ 4] 山东胶 县三 里 河龙 山文 化 遗址 4 黄铜锥形物 [ 4] 山东胶 县三 里 河龙 山文 化 遗址 5 6 7 8 9 铜镞 [ 5] 铜镞 [ 5] 戒指 [ 6] 耳环 [ 6] 镯 [ 6] 山东长岛 山东长岛 新疆营盘墓地 新疆营盘墓地 新疆营盘墓地 内蒙古 察右 中旗 七 郎山 墓地 11 部 分 残 断 的 铜 饰件
公元前 2300 前 1800年 * 公元前 2300 前 1800年 * 公元前 1046 前 771年 公元前 1046 前 771年 4世纪 4世纪 4世纪 4世纪 92 0 84 4 82 1
20 2 26 4 *
铸造
20 2 26 4 *
铸造
10 9 11 8 > 20 > 20 > 20 7 3 锻造
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
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 [ 15] 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。如 : 许笠在贵州 赫章妈姑地区的调查
[ 7]
30 % , 有的还含有 3 %
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
遗址年代 公元前 4700 前 4000年
主要成分 ( w t % ) Cu 66 5 25 7 Zn
组织 状态 铸造
公元前 3000 年
32 0
锻造
[ 1]
。
本文拟从 3个方面梳理有关中国古代黄铜制品分析、 黄铜冶炼技术、 古代炼锌术等方 面的主要研究工作, 与学界同仁共享。
1 中国古代黄铜制品的分析与研究
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 ( 表 1)。由表 1 可以看出 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。
9世纪 9世纪 9世纪 9世纪 9世纪 13世纪
63 2 71 5 71 0 70 1 75 1 65 2
29 2 21 6 19 5 22 0 17 8 33 0
热加工 热加工 热加工 铸造 铸造 铸造
1) 表中黄铜器物主要成分的分析方法除标注 * 的为电子探针外 , 其余均为扫描电子显微镜能谱分析法。
2 中国古代传统炼锌遗址的考察
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 。火法炼锌 中 , 氧化锌 的热还原 要求有强 烈的还原气 氛和 1000 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 CO 2 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。周卫荣等
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表 1 黄铜器物的成分分析结果显示: 1 6 号器物含锌量在 10 % 以上 , 成分偏析较大, 并含有 F e 、 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 17 号器物含锌量在 17 % 矿炼黄铜的特点 , 应是铜与锌矿石合炼而得。
中国科技史杂志 第 31卷
第 2 期 ( 2010年 ) : 207
214 V o. l 31 N o. 2 ( 2010)
T he Ch inese Journa l for the H istory of Science and Technology
中国古代黄铜制品与冶炼技术 的研究状况分析
马 越
( 故宫博物院 , 北京 100009; 北京科技大学 冶金与材料史研究所 , 北京 100083 )
李秀辉
( 北京科技大学 冶金与材料史研究所 , 北京 100083)
摘
要
黄铜是以锌为主要合金元素的铜合金。 据不完全统计, 年代为明
以前且经过科学鉴定的黄铜制品共 17 件 。随着明代将黄铜应用于铸造钱币及 炼锌术的产生, 黄铜制品的数量增多。 中国古代黄铜冶炼技术的发展大致经历 了 3 个阶段 : 铜锌共生矿合炼, 炉甘石点化纯铜 , 及纯铜与单质锌合炼。 关键词 黄铜 A 黄铜冶炼技术 N092 TF- 092 文章编号 1673 - 1441( 2009) 02 -0207 - 08 古代炼锌 中图分类号 文献标识码
[ 22]
。
3 中国古代黄铜冶炼技术模拟实验
为了研究我国古代早期出现黄铜的可能性, 北京科技大学冶金与材料史研究所做了 矿石直接冶炼黄铜的模拟实验 。第一种是用化学纯的 ZnO 和 Cu2 O 作原料 , 按 Cu Zn = 1 1 的比例, 与过量的木炭混合装入石墨坩埚 , 在炭管炉中进行冶炼实验。第二种用湖 北大冶铜绿山孔雀石 ( 含铜 53 5 % 55 0 % )和云南会泽含铅菱锌矿 ( 含锌 46 1 % ) 为原 料 , 矿石中金属含量配比为 Cu Zn= 1 1 。实验结果显示, 在多种模拟实验条件下均可得 到黄铜 , 但其锌含量不同。模拟实验证明 , 早期黄铜的出现是可能的。只要有铜锌共生矿 存在, 就存在古人用这种矿石冶炼黄铜的可能性。由铜锌共生矿冶炼得到的黄铜 , 含杂质 较多, 性脆。山东胶县三里河龙山文化遗址出土黄铜锥形物的金相组织观察与成分分析 的结果证实了上述观点。 赵匡华等对 日华子点庚法 作了模拟试验 , 具体过程如下 : 取 5g 铜粉与 5g 菱锌矿粉 ( 含 Zn49 0 % ) 混合 , 再掺入足量炭粉 ( > 0 3g), 将混合物放于 100m l坩埚中 , 上面叠以相 同的坩埚, 以盐泥密封其缝, 放在电炉上 烘干, 然后在电炉 ( 2000W、 200V ) 内加热 30 分 钟。冷却后开启 , 洗去剩余炭粉 , 得到了大小不等的圆珠。用化学分析法测得圆珠含锌量 为 19 5 % 。还曾以碳酸锌试剂代替菱锌矿粉 , 同样烧炼, 也得到外貌相同的金黄色圆珠, 经测定其含锌量高达 30 7 %