花花姑娘名字和花语:青铜时代的采矿与冶炼技术

青铜采冶业是从石器加工和烧制陶器的生产实践中渐渐被认识而产生的。人们在寻找石料和加工的过程中，逐步识别了自然铜与铜矿石。例如有一种铜矿石，颜色碧绿，其断面的纹理与孔雀的羽毛相似，很是艳丽，所以人们称它为孔雀石。它在岩石堆中极易被人发现。这种孔雀石含铜量高，其含铜品位可达 １０—２０％或更高。这是一种氧化矿，只要同木炭放在炼炉中进行冶炼，加热到 １０００℃稍高一些，就可以炼出铜来。它又常常与自然铜一起出现，并与铜锈有类似的颜色，因此孔雀石很可能是人们最早用于冶炼的铜矿石。在烧制陶器的过程中积累起来的丰富经验，为青铜的冶铸业提供了必要的高温知识、耐火材料、造型材料与造型技术等条件。例如龙山文化中黑陶和白陶的烧陶温度均与铜的熔点接近。当时使用陶模具制作泥坯和印制花纹等技术与铸铜的模具功能有相似之处；冶铸用的熔炉、水色、型范等都是陶质的用具。炼铜用的木炭也与烧陶所用的燃料是一致的。
　　考古工作提供的资料说明，凡是发现古代采矿、冶炼遗址的附近，几乎都有同时期居民聚落遗址。因此，人们在制作石器时，为寻找原料而出没于这些山丘时，如果一旦认识了自然铜与孔雀石等铜矿石，那么采掘这些金属原料就成了他们的新工作。
　　最早的采矿业是从地表挖掘开始找矿的。当他们发现矿脉或矿带向深部延伸的规律时，人们创造了从地面向地下挖掘竖井，并由竖井底部向四周开拓巷道以寻找矿石和采掘矿石的方法。今天，人们依据巷道的形状，分为平巷、斜巷等等。有时人们在巷道中发现深部还有矿石，于是又从巷道中向下挖竖井，这种井并不直接通向地面，所以人们称之为盲井。用这种方法采掘，一般在井巷中用木质的框架作支护，以防止周围岩石坍塌。他们用榫接或搭接法制作的框架，有效地承受了巷道的顶压、侧压和底压，可以确保坑下采掘人员的生命安全和采掘工作的顺利进行。使用这种方法可以从地面下较深的地段掘取矿石。这比起露天采矿省工省时，是一个进步。从湖北大冶铜录山、江西瑞昌铜岭等地发现的商周采矿遗迹看到，露天采矿与坑采这两种方法均已采用。当然，从矿区河流中夹带的沙石中淘洗出铜矿也是一个途径，此时大概也已被掌握。
　　目前发现的商周古铜矿遗址，大多分布在火成岩与大理岩的接触带上。因为接触带内的岩石破碎，比较容易采掘。又因大气降水和淋滤作用，地表面的铜元素在接触带中相对集中，出现了铜品位自上而下逐渐富集的现象，形成氧化矿富集带。这种条件使它成为古代先民理想的采铜场所。这里的矿石，主要是孔雀石、硅孔雀石、赤铜矿等，都属氧化矿。深部往往有自然铜。大冶的铜录山，顾名思意，是铜绿色的山丘之意。那里每当大雨过后，表面就暴露出许多绿色的孔雀石的碎块，俯拾皆是。因此，它的铜资源在很早以前就被人们开发利用，目前在 １１ 号矿体和 ７ 号矿体的 ２ 号点出现的采矿遗迹，被认为是西周时期或更早的遗存。
　　江西瑞昌的铜岭古矿址内，发现了商代和西周时期的采矿遗迹，出土了与采矿有关的许多遗物。铜岭古矿遗址和铜录山古矿址一样，矿井中都有当时工匠们所做的木质的方形框架。他们每隔 １ 米左右就在井巷中设置一付，嵌入坑壁。框架的外侧有的衬以壁板或席子（靠木棍将席子别住）。据发掘现场观察，井巷中的支护设施虽有变形者，但未见一处坍落或损坏，说明它们达到了预期的目的。当时，有的靠竖井垂直地向深部挖掘，也有的从竖井底部向四周开拓巷道去寻找矿石。用这种方法采矿，可从离地表一二十米深的地方掘取矿石，并从井巷中提升到地面。工匠们使用的工具还很原始，主要是石斧、石凿及木铲、木鍬、木锤等等，装载用具有竹筐、竹簸箕等。当时已初步解决了采矿中的通风、排水、提升等技术。人们利用井口高低所产生的气压差来调节下部的空气，确保采矿人员在坑下作业时对氧气的需求。人们用绳索和木辘轳将矿石与地下水从竖井中提升到地面，同时将支护用的方形木框等材料运至坑下，使巷道的开拓随矿脉不断延伸。为确保雨水不流到井中，井口还搭有棚盖。凡此等等，反映了当时的采矿技术已达到一定水平。
　　当时冶炼铜矿石的方法，是将矿石与木炭放在冶炼炉中进行冶炼。由于这些矿石是氧化矿，因此这种冶炼被称作氧化矿还原熔炼。虽然目前只发现春秋时期的炼铜竖炉，商与西周时的炼炉尚未见到。但是，经过模拟实验证明，春秋时期的冶铜竖炉冶炼性能很好，能持续加料，持续排渣，间断放铜。春秋时期的冶铜技术是在商代与西周时期的冶铜技术的基础上发展来的，从出土的商代与西周铜器数量之多，用铜量之大，或许说明当时的冶铜业还是比较发达的，因此有理由认为，商代与西周的冶炼水平也是不低的，衡量冶炼水平高低很重要的一点是炼渣中的含铜量的多少。因为矿石中所含的二氧化硅（ＳｉＯ２）的含量越高，炉渣粘度就越大，渣的流动性也差，渣中所含的铜也越多。但若加上熔剂，或进行配矿，则可使炉渣的粘度降低，排渣时的流动性能也好，冷凝时呈薄片状。由于这些地点的矿体是铜铁金属伴生矿，所以炉中的铁矿石在高温下生成的氧化亚铁与二氧化硅结合，减低了炉渣内二氧化硅的含量、粘度降低，炉渣的流动性能好，冷凝后成了薄片状，渣中含的铜也就减少了。春秋时期，冶炼过程中已经掌握了配矿技术，使渣中的含铜率降至 ０．７％，这是冶炼水平较高的一个表现。可能这种配矿技术在西周时期已经出现了。
　　据统计，已出土的商代和西周时期的铸有铭文的青铜器，有上万件之多，没有铭文的铜器更数倍于此数。商代与西周时期，若无发达的采矿与冶炼业是不可能提供如此大量的铜金属原料的。