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中國冶金是從新石器時代晚期的採石和燒陶發展起來的。由於人們已經能利用近千度高溫的陶窯燒製陶器,同時也對木炭的性能逐漸熟悉,因此具備了鎔鑄、鍛打和冶金的基本條件。採石時不斷發現各種金屬礦石﹐燒陶窯為金屬的冶鑄準備了高溫爐和在爐內還原條件下冶煉礦石的技術。在甘肅東鄉燒取硫磺圖《天工開物》縣林家馬家窯文化遺址中發現的距今約五千年的青銅刀﹐以及在其他一些新石器晚期遺址中相繼發現的早期銅器和銅渣等﹐標誌著中國冶金業的誕生。

在古代,人類主要利用的金屬是銅合金與鋼及鐵。然而在古老文化的發源地,使用金屬的歷史上,都是銅器在於鐵器之前。主要分析有下列幾項原因:

1. 自然界中有著色澤醒目的紅銅,但只有色澤暗沉且罕見的隕鐵,並不引起人們的注意。

2. 煉銅較煉鐵容易,因為使用木炭燒煉氧化銅的溫度約五、六百度,而銅的熔點約一千度較鐵的熔點一千五百度來得低。

在古代常用的金屬合金為:

銅合金
 鋅黃銅 紅銅 青銅 冶鐵  煉鋼 金屬鋅   鉛和錫   



銅合金
在古代人類所利用的金屬主要是銅合金,冶銅是人類認識和利用金屬材料的開始,也是人們最早掌握的化學反應之一。從發燒取松煙《天工開物》現並使用天然紅銅,到冶煉銅礦石而獲得青銅合金,金屬化學便是由此而深入展開。

從目前的考古發現來看,中國最早一批原始冶銅器物是屬於新石器時代中期的製品。而目前出土的各種青銅器中,尤其以商、周時期為最。從工具到農具,從兵器到禮器,從生活用具到裝飾品,都反映了青銅材料在當時社會生產力發展的主導作用。而最早被人類認識和利用的金屬材料是銅及其合金。在《周禮•考工記》中的「六齊」規則,這是中國,也是世界上最早的關於合金配比的科學文獻。
                        
膽水製銅法
〝膽水製銅法〞是中國古代的一種濕法冶銅方法,這項技術是現代水法冶金的先驅。其方法將鐵放在膽水〈硫酸銅水溶液〉中﹐銅離子即被鐵所取代而使銅沉澱。

〈膽水:
天然的含硫酸銅的泉水,它的形成是因為天然的硫化銅礦石經風化氧化,一部份便會生成可溶性硫酸銅,經過地下水、雨水的浸泡與淋洗,便會溶解而匯入泉水中。這種膽水只要銅的濃度足夠,就可以做為水法製銅的原料。〉

而這冶銅反應的發現,遠在漢代《淮南萬畢術》卷下,即有記載:〝白青得鐵即化為銅〞。書上所指的〝白青〞是〝水膽礬〞。唐代《新修本草》關於石膽〈CuSO •5H O〉也有敘述:〝磨鐵作銅色,此是真者〞。

約在五代時〝膽水製銅法〞正式成為一種實用性生產銅的方法。 到了宋代,膽銅的更是蓬勃的發展,據《宋會要•食貨篇》記載,北宋徽宗年間以膽水製銅的地區有十一處。而這些浸銅法的工廠到了元代,由於膽銅中鐵雜質也較多,因此便漸漸衰退。top 燒皂礬圖《天工開物》

鋅黃銅
在中國的冶金史和化學史上,鋅黃銅的冶煉是一項十分重要的成就。據考,中國早期的銅大多是從波斯或西域傳入的,元代以前鋅黃銅常被稱做〝銅〞或〝石〞,是一種貌似黃金的銅鋅合金,常被用來假冒黃金。在一本煉金術著作曾記載;以百鍊金銅一斤、太原產爐乾石一斤,沿細混勻,在加入木炭,放於鐵罐密封,在風爐中加熱燒兩夜,最後以猛火鍛燒六小時;冷卻後,將罐內物質洗淨,便得到金黃色的銅,有就是〝點石成金〞。

宋元先民以菱鋅礦(ZnCO3 俗名叫爐甘石)與赤銅、木炭混合密封燒煉而得銅。明代中期冶煉黃銅的技術有了重要發展,大約在嘉靖年間,主要表現在人們已能冶煉出金屬鋅,並直接採用金屬鋅和紅銅合煉。鋅黃銅的出現使得明代嘉靖以前用錫鉛青銅鑄造的錢幣,驟然變成清一色的鋅黃銅錢幣。top

紅銅
在遠古人的眼堙A天然紅銅只是一種奇特、不易碎裂,有著光澤的紅色石頭。它質軟可經,鍛打和加熱熔化可以改鑄紅銅的器形,這就增加了人們對紅銅的興趣,並利用此特性來製造供人玩賞的裝飾品。

尋找紅銅的過程中自然會發現與紅銅相伴的銅礦石,特別像具有醒目翠綠色的孔雀石〔CuCO3•Cu〈OH〉2〕等礦石。一塊燒煉的銅礦石逐使人們掌握了冶銅技術。銅礦常為共生,即與錫、鉛等有色金屬礦共存一處,冶煉這些共生礦得到的不是紅銅而是青銅一類的銅合金,人們進而掌握了青銅的冶煉。top

青銅
青銅具有一定的硬度和堅韌性,既可作工具,又可製兵器,加上錫、鉛的引入降低了冶銅的熔點,使冶煉青銅技術得到迅速發展。商周時期,中國的青銅冶鑄業進入一個鼎盛期。大量出土的此間青銅器充分展示了中國古代青銅文化的燦爛光輝。

目前,出土的商周青銅器十分豐富,從工具到農具,從兵器到禮器,從生活用具到裝飾品,均反映了青銅材料在當時社會生產力發展的主導作用。而在青銅冶鑄的過程中,人們已認識到在青銅中,銅與錫鉛的適當配比是非常重要的,因而總結了當時關於合金配比的經驗,在《周禮•考工記》中留下了著名的「六齊」規則。這是中國,也是世界上最早的關於合金配比的科學文獻。top

冶鐵
冶鐵技術的發明是冶金史上繼青銅之後的又一里程碑。這一發明無疑借助了人們在煉銅中所積累起來的煉爐設計和高溫技術。一般來說,赤鐵礦(Fe2O3 )、磁鐵礦(Fe3O4)、褐鐵礦(含結晶水的Fe2O3)、菱鐵礦(FeCO3)等鐵礦石在木炭燃燒所產生一氧化碳(CO)的作用下,大約在攝氏六百至七百度之間〈600~700℃〉便開始還原反應,到攝氏一千度〈1000℃〉左右就有固態鐵金屬析出。但要想得鐵水,溫度至少要達到攝氏一千二百度〈1200℃〉。中國在春秋時期創造的高溫液態法冶鑄生鐵,是世界冶金史上一個劃時代的進步。歐洲一些國家雖然早在公元前一千年前後已能生產塊煉鐵,但是直到公元十四世紀才掌握生鐵的冶鑄。

煉鐵、生鐵和鋼實質上都是鐵碳合金。從化學角度來看,它們之間的主要區別在於含碳量的差別。含碳量在百分之零點五〈0.5%〉以下的是塊煉鐵;含碳量在百分之二至五之間〈2~5%〉的是生鐵;含碳量介於中間的是鋼。

在中國,塊煉鐵和生鐵冶鑄工藝幾乎是同時出現,而且在相當長時間內共存和平行發展。由於生鐵冶鑄生產率高,成本低,加上人們很快又掌握了多種生鐵「改性技巧」,所謂「改性技巧」即是今天所說的退火工藝。此技術遂漸成為中國古代冶鐵業的主流,這就構成了中國古代冶鐵技術發展的獨特道路。目前出土的古代鐵器,包括春秋晚期的鐵柄銅劍、楚國時期的鐵鼎、南宋以生鐵鑄造炮身以及各種農具。top

煉鋼
中國古代煉鋼方法可分為兩類。一是以塊煉鐵為原料,採用滲碳技術使其成鋼。二是以生鐵為原料,採取脫碳技術使其成鋼。早期出現的大量鋼製品主要是用第一種方法煉成,就是把塊煉鐵直接放在熾熱的木炭上加熱,滲碳,再經反複鍛打而成;或將塊煉鐵與配入的滲碳劑及催化劑放在一起,密封加熱成鋼,這稱之為「燜鋼」。

生鐵柔化處理加工展性鑄鐵的過程中,工匠右一次次的將技術革新。如西漢時期發明〝炒鋼〞的技術、南北朝發明了〝灌鋼〞等等的改革。雖然我國在冶鐵的技術發展較晚,但在生鐵製煉與製鋼的技術不斷革新的結果,在世界鋼鐵發展史上仍是留下輝煌的一頁。top

金屬鋅
除了黃銅以外,金屬鋅的冶煉亦顯示出中國古代冶金化學技術的發達。

鋅是一種化學性質較活潑的金屬元素。在自然界中沒有天然的金屬鋅。閃鋅礦(主要成分為ZnS)和菱鋅礦〈ZnCO3〉是常見的兩種鋅礦石。將鋅礦石和木炭一起加熱冶煉,不難使金屬鋅被還原出來。然而鋅的還原溫度為攝氏九百零四度〈904℃〉,鋅的沸點則是攝氏九百零六度〈906℃〉。兩度之差造成每當金屬鋅被還原出來,立即變成蒸氣而飛逸出煉爐;遇到空氣,便會與二氧化碳結合回復成碳酸鋅。因此在通常情況下,人們在冶煉中很難意識到金屬鋅的存在。當人們認識到這一現象,並摸索出煉鋅的特殊設備和工藝之後,才能冶煉出金屬鋅來。這就是中國到了明代中期才冶煉出金屬鋅的一個重要原因。top


金在自然界多數呈游離狀態,儘管稀散,卻是人類最早使用的金屬之一。金礦可分為〝原生脈金礦床〞和〝次生砂金礦床〞。脈礦中的金稱〝山金〞,砂礦中的金稱〝砂金〞。游離狀態下的自然金呈金黃色,光耀醒目,較易發現和識別。

中國先民早在夏商時期已使用黃金,而現今出土的春秋戰國時期的金器就更多了,這些文物反映了當時黃金加工技術已有很高水準。在識別真偽黃金的實踐中,先民掌握了利用焰色反應和試金石的鑒別手段。top


銀是一種白色金屬,在自然界中呈單質狀態的較少,多以硫化物狀態伴生於其他有色金屬礦石中。世界上百分之七十五〈75%〉的銀來自含銀的銅、鉛、鋅和金礦的處理過程中;其中百分之四十五〈45%〉產自鉛鋅礦,百分之十八〈18%〉產於銅礦;從單獨銀礦中產出的銀僅佔百分之二十〈20%〉。

從考古資料來看,春秋時期製作的錯金銀青銅器是使用金屬銀的最早實物例證。在戰國時期,人們對錯金銀工藝和加工銀製品技藝已有豐富經驗。top

鉛和錫
鉛金屬的熔點僅有攝氏三百二十七度〈327℃〉,只要把方鉛礦放在柴堆上燒烤,熔化的液態鉛就會流下。因此人們早在夏代已能熔煉出鉛。

從考古資料來看,直到商代後期,鉛製品才多起來,表明這時候煉鉛技術得到了發展和普及。錫的熔點比鉛還低。冶鑄得錫器不難。可是由於錫器在低於攝氏十三點二度〈13.2℃〉的溫度下會得錫疫,即白錫會變成粉末狀的灰錫,故出土的早期錫器十分罕見。從出土的殷商時期的鍍錫青銅器來看,當時人們已掌握鑄造錫器和鍍錫的工藝。top