环保C1100紫铜线(我在陕博产生了一个疑问：青铜是如何冶炼出来的？)

Posted 2023-06-02

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环保C1100紫铜线(我在陕博产生了一个疑问：青铜是如何冶炼出来的？)

【前一阵去陕西博物馆，陕博的展馆参观路线基本是按照年代进行的，从陶器时代走到青铜时代的时候，我突然产生了一个疑问：青铜器所用的青铜属于合金，铜和其他金属是有相对确定的比例的，那么这就要求铜的纯度比较高，也就是说，挖出来的铜矿需要冶炼，在科学技术并不发达的古代，到底是通过什么来还原的呢？】

（文/观察者网专栏作者叶子）

谈及青铜，人们脑海中最先浮出的画面大多是雄伟庄严的后母戊鼎，是造型精美的四羊方尊，是寒光凛凛的越王勾践剑，心中升腾起对古人高超制造技艺的钦佩。中国的青铜文明博大精深，今天希望这篇文章能够带领大家由“知其然”走向“知其所以然”，一起来领略古人的智慧结晶，看看青铜到底是如何冶炼出来的。

青铜器制造流程

青铜是什么

首先我们从化学的角度来看一下，青铜到底是什么。

铜，大家都不陌生，它是一种常见的金属，初中化学课本里这样描述，“常温下带有金属光泽的紫红色固体”。自然界中，铜矿的露头处存在着含铜量高达98~99%的自然铜，也称红铜或纯铜。它质地柔软，延展性好，无需加热处理，锻打加工即可获得所需要的形状，最早在公元前7000多年的中东地区，便有农耕部落制造的红铜装饰物被发现。

青铜，广义上指所有以铜为主要成分的合金，但在考古界，一般是指有一定比例锡、铅的铜基合金。锡，是我们常常提到的“五金”——金、银、铜、铁、锡——之一，银白色光泽的软金属；铅，高密度柔软的蓝灰色金属，但是常温下在空气中易氧化，表面会形成一层氧化膜。红铜质地比较软，在铸造时需要的温度也较高，但在加入锡或铅后形成合金，其熔点降低，硬度增加，颜色也由红变白亮，虽然韧性有所损失，整体变得更脆，但是只要控制好比例，韧性能保持在一个合适的范围。

19世纪30年代丹麦考古学家G·J·汤姆森提出人类物质进化史的分期概念，他根据人类在不同时代使用的生产工具，将人类文明历史划分为石器时代、青铜时代和铁器时代。实际上，现代考古发掘证明，红铜的发现与使用都在青铜之前，但是为什么历史学家没有划定一个时期叫做红铜时代呢？这主要是因为人类使用红铜的同时，也普遍使用着石器，红铜制品大多都是一些小件器物，用于装饰，对整体社会生活意义不大，也无法替代石器制品的使用，所以红铜时代便没有被考古学界广泛接受。

此外还有很多人疑惑，为什么铜先于铁被人类发现和利用呢？这主要是因为铜色彩艳丽，易吸引人类的目光，且在自然界中存在天然矿藏，熔点也只有1087℃，更易进行冶炼。而与之相反的铁，自然界很少有自然铁，它主要是以氧化物或者其他化合物的形式存在，铁矿石与普通石料难以区分，此外铁的熔点在1537℃，远高于铜，难以冶炼，即便从矿石中提炼出来，也是呈现海绵状，不经捶打，无法成材。综上几点，人类对金属的冶炼和利用，先是从铜开始。

红铜的冶炼

青铜是一种比较复杂的合金，含有多种元素，冶炼技术出现较晚，我们先来研究一下成分较为单一的红铜的冶炼。

在自然界中，红铜是天然存在的，因其颜色鲜艳，非常容易吸引人们的目光，世界上先在发现的最早的铜器就是由红铜铸造的，但在我国尚未发现。学者们推测，人类或许在最初是将红铜矿石当作普通石料进行打磨，并发现了红铜良好的延展性，它不似石头那样容易碎裂，而是可以捶打变薄，制成形状各异的装饰品。后来，人类又渐渐摸索出加热到一定温度后的红铜会变软，更易塑形，铜的熔点时1083℃，若设烧到制陶时的最高温度（1000℃），红铜还可以熔化成铜水，冷却凝固后能随容器形成一定形状。

但是红铜在自然界中存量毕竟不多，与其共生的一种常见含铜矿石——孔雀石——也开始走向了人类的视野。孔雀石，化学分子式为Cu₂(OH)₂CO₃，因其色彩与孔雀的羽毛相似，所以得名。它与红铜矿石常常分布在一起，又因为颜色与铜锈相近，所以考古学家们推测古代炼铜最早是从孔雀石开始的。人类开始尝试将孔雀石投入炉火中，在木炭存在的情况下加热到1083℃时，铜便经由氧化还原反应而制得，反应式如下：

自此，人类开始掌握了红铜的冶炼方法，但是红铜金属熔液难以铸造成型，易吸收空气，成型后器物制品往往带有气眼，表面粗糙，硬度也不足，很大程度上限制了其应用。

青铜的冶炼

青铜是怎样被发明出来的，考古学家们有两种推测：

一种观点认为，青铜是在冶炼红铜的长期实践中逐渐摸索出来的。最初从矿石中冶炼出来的红铜并不非常纯，其中含有一些杂质，如少量的铅、锡、铁等，但因为铅、锡含量很低，还不能称为青铜。可是人们无意中发现这种合金的机械性能要强于红铜，从而进一步开始有意识地向红铜中添加锡从而配制出青铜。

另一种观点认为，青铜冶炼可能是人类在采掘金属矿时，用火烧烧烤岩石，然后浇水，使矿石裂缝。锡青铜含锡25%时，熔点只有800℃，当矿石是铜锡共生矿时，在800℃左右的木炭或者干柴火焰中，便能获得青铜。

这两种观点都有一定的道理，在学界都获得了广泛支持。

中国的青铜冶炼

我国青铜冶炼大致分为以下三个步骤：选矿、初炼、精炼。现在的考古发现表明，大多情况下，开采矿石与初炼是在铜矿产地进行的，而精炼和铸造则会运抵他处进行。

1. 选矿

我国铜储存量非常大，最早于《管子·地数篇》有这样一段记载：“出铜之山，四百六十七山，出铁之山，三千六百九山。”据说古代神话女娲补天所用的五色石——赤铜矿（红）、孔雀石（绿）、蓝铜矿（蓝）、黑铜矿（黑）、石英（白）——就是铜矿及其伴生的脉石。古代人根据经验寻找铜矿，颜色青绿的孔雀石，伏地生长的红色铜草都是找矿的标志。开采后的铜矿石一般需要人为进行挑选，筛出杂质较少的矿石进行初炼，但商代大概主要是从孔雀石铜矿中炼铜，孔雀石含铜量高，也可能不经富选直接入炉冶炼。

2. 初炼

铜矿石接下来需要加以破碎，然后与充作燃料和还原剂的木炭一起投入炉中，将温度升至1100℃进行初炼，炼得的铜液凝固即得粗铜。粗铜一般仍含有较多杂质，还需进行下一步精炼提纯。

3. 精炼

精炼时，粗铜被放入熔铜设备中进行熔化，且根据所要铸造的器具种类不同，加入一定比例的锡铅等合金成分，来调节青铜的性能。加入锡铅的操作，或称为“调剂”，其分量最早在《周礼·考工记》中有所记载：“六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐；五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金而锡居一，谓之戈戟之齐；三分其金而锡居一，谓之大刃之齐；五分其金而锡居二，谓之削杀矢之齐；金锡半，谓之鉴燧之齐。”

精炼铜使用的工具在不同时期，形制多有差异，其中最为人所熟知的当属“将军盔”。“将军盔”为陶质坩埚，周身呈赤红色，由红土烧制而成，因形状与后世倒放的头盔相近，故而被当时参加殷墟考古的工作者取做此名，下图即为安阳出土“将军盔”。精炼时，粗铜与木炭便是置于其中，在炭火之上或陶窑之中加热，某些出土的坩埚片上还留有小孔，专家推测可能是曾连接陶管，向内鼓气助燃之用。

安阳殷墟出土“将军盔”

关于精炼时的炉温，《周礼·考工记》也有文字记载：“凡铸金之状，金与锡黑浊之气竭，黄白次之；黄白之气竭，青白次之；青白之气竭，青气次之；然后可铸也。”在这里“金”即指铜，铜锡合金在精炼过程中，先是原料中所附着的碳氢化合物进行燃烧，生成黑浊的气体；接下来随着温度的升高，一些氧化物、硫化物和金属挥发出来，形成黄白、青白之气；当这些杂质都气化挥发之后，火焰呈青色时，青铜就制得了。“炉火纯青”一词就来源于此，指青铜精炼时的火候温度，这种根据火焰的颜色来进行判断的方法，也被视为化学中火焰鉴别法的开端。

青铜冶炼在中国的发展

在中国，青铜时代大体是指夏商周三代，此时世界范围内的青铜冶炼工艺均为火法炼铜，这一面貌直至我国湿法炼铜的技术发明后才被改变。最早在西汉刘安的《淮南万毕术》中曾有“曾青化铁为铜”的记载，曾青又称胆矾，指天然硫酸铜或其他可溶性铜矿物。将铁放入胆矾溶液中，发生置换反应，胆矾里的铜离子被金属铁置换制得单质铜，其化学反应式如下。到宋代时，湿法炼铜被广泛应用于生产，并成为我国生产铜的主要方法之一。

在我国，青铜不仅与生产生活息息相关，青铜器还成为了祭祀和权力的代言。青铜礼器要按照阶级来使用，不可越级；传说中大禹铸造九鼎，夏、商、周三代流传，成为王权的象征，“问鼎”一词沿用至今。青铜文明在整个中国历史长河中熠熠生辉，透过一件件精妙绝伦的器具，我们穿越了时光的限制，望见千年前的吉光片羽。

参考文献

[1]朱凤翰.中国青铜器综论[M].上海:上海古籍出版社,2009.

[2]北京钢铁学院《中国古代冶金》编写组.中国古代冶金[M].北京:文物出版社,1978.

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