葉子：自然界的紅銅礦並不多，那青銅器所用的銅是如何冶煉出來的？

【前一陣去陝西博物館，陝博的展館參觀路線基本是按照年代進行的，從陶器時代走到青銅時代的時候，我突然產生了一個疑問：青銅器所用的青銅屬於合金，銅和其他金屬是有相對確定的比例的，那麼這就要求銅的純度比較高，也就是説，挖出來的銅礦需要冶煉，在科學技術並不發達的古代，到底是通過什麼來還原的呢？】

（文/觀察者網專欄作者 葉子）

談及青銅，人們腦海中最先浮出的畫面大多是雄偉莊嚴的後母戊鼎，是造型精美的四羊方尊，是寒光凜凜的越王勾踐劍，心中升騰起對古人高超製造技藝的欽佩。中國的青銅文明博大精深，今天希望這篇文章能夠帶領大家由“知其然”走向“知其所以然”，一起來領略古人的智慧結晶，看看青銅到底是如何冶煉出來的。

青銅器製造流程

青銅是什麼

首先我們從化學的角度來看一下，青銅到底是什麼。

銅，大家都不陌生，它是一種常見的金屬，初中化學課本里這樣描述，“常温下帶有金屬光澤的紫紅色固體”。自然界中，銅礦的露頭處存在着含銅量高達98~99%的自然銅，也稱紅銅或純銅。它質地柔軟，延展性好，無需加熱處理，鍛打加工即可獲得所需要的形狀，最早在公元前7000多年的中東地區，便有農耕部落製造的紅銅裝飾物被發現。

青銅，廣義上指所有以銅為主要成分的合金，但在考古界，一般是指有一定比例錫、鉛的銅基合金。錫，是我們常常提到的“五金”——金、銀、銅、鐵、錫——之一，銀白色光澤的軟金屬；鉛，高密度柔軟的藍灰色金屬，但是常温下在空氣中易氧化，表面會形成一層氧化膜。紅銅質地比較軟，在鑄造時需要的温度也較高，但在加入錫或鉛後形成合金，其熔點降低，硬度增加，顏色也由紅變白亮，雖然韌性有所損失，整體變得更脆，但是隻要控制好比例，韌性能保持在一個合適的範圍。

19世紀30年代丹麥考古學家G·J·湯姆森提出人類物質進化史的分期概念，他根據人類在不同時代使用的生產工具，將人類文明歷史劃分為石器時代、青銅時代和鐵器時代。實際上，現代考古發掘證明，紅銅的發現與使用都在青銅之前，但是為什麼歷史學家沒有劃定一個時期叫做紅銅時代呢？這主要是因為人類使用紅銅的同時，也普遍使用着石器，紅銅製品大多都是一些小件器物，用於裝飾，對整體社會生活意義不大，也無法替代石器製品的使用，所以紅銅時代便沒有被考古學界廣泛接受。

此外還有很多人疑惑，為什麼銅先於鐵被人類發現和利用呢？這主要是因為銅色彩豔麗，易吸引人類的目光，且在自然界中存在天然礦藏，熔點也只有1087℃，更易進行冶煉。而與之相反的鐵，自然界很少有自然鐵，它主要是以氧化物或者其他化合物的形式存在，鐵礦石與普通石料難以區分，此外鐵的熔點在1537℃，遠高於銅，難以冶煉，即便從礦石中提煉出來，也是呈現海綿狀，不經捶打，無法成材。綜上幾點，人類對金屬的冶煉和利用，先是從銅開始。

紅銅的冶煉

青銅是一種比較複雜的合金，含有多種元素，冶煉技術出現較晚，我們先來研究一下成分較為單一的紅銅的冶煉。

在自然界中，紅銅是天然存在的，因其顏色鮮豔，非常容易吸引人們的目光，世界上先在發現的最早的銅器就是由紅銅鑄造的，但在我國尚未發現。學者們推測，人類或許在最初是將紅銅礦石當作普通石料進行打磨，並發現了紅銅良好的延展性，它不似石頭那樣容易碎裂，而是可以捶打變薄，製成形狀各異的裝飾品。後來，人類又漸漸摸索出加熱到一定温度後的紅銅會變軟，更易塑形，銅的熔點時1083℃，若設燒到製陶時的最高温度（1000℃），紅銅還可以熔化成銅水，冷卻凝固後能隨容器形成一定形狀。

但是紅銅在自然界中存量畢竟不多，與其共生的一種常見含銅礦石——孔雀石——也開始走向了人類的視野。孔雀石，化學分子式為Cu2(OH)2CO3，因其色彩與孔雀的羽毛相似，所以得名。它與紅銅礦石常常分佈在一起，又因為顏色與銅鏽相近，所以考古學家們推測古代鍊銅最早是從孔雀石開始的。人類開始嘗試將孔雀石投入爐火中，在木炭存在的情況下加熱到1083℃時，銅便經由氧化還原反應而製得，反應式如下：

自此，人類開始掌握了紅銅的冶煉方法，但是紅銅金屬熔液難以鑄造成型，易吸收空氣，成型後器物製品往往帶有氣眼，表面粗糙，硬度也不足，很大程度上限制了其應用。

青銅的冶煉

青銅是怎樣被髮明出來的，考古學家們有兩種推測：

一種觀點認為，青銅是在冶煉紅銅的長期實踐中逐漸摸索出來的。最初從礦石中冶煉出來的紅銅並不非常純，其中含有一些雜質，如少量的鉛、錫、鐵等，但因為鉛、錫含量很低，還不能稱為青銅。可是人們無意中發現這種合金的機械性能要強於紅銅，從而進一步開始有意識地向紅銅中添加錫從而配製出青銅。

另一種觀點認為，青銅冶煉可能是人類在採掘金屬礦時，用火燒燒烤岩石，然後澆水，使礦石裂縫。錫青銅含錫25%時，熔點只有800℃，當礦石是銅錫共生礦時，在800℃左右的木炭或者乾柴火焰中，便能獲得青銅。

這兩種觀點都有一定的道理，在學界都獲得了廣泛支持。

中國的青銅冶煉

我國青銅冶煉大致分為以下三個步驟：選礦、初煉、精煉。現在的考古發現表明，大多情況下，開採礦石與初煉是在銅礦產地進行的，而精煉和鑄造則會運抵他處進行。

1. 選礦

我國銅儲存量非常大，最早於《管子·地數篇》有這樣一段記載：“出銅之山，四百六十七山，出鐵之山，三千六百九山。”據説古代神話女媧補天所用的五色石——赤銅礦（紅）、孔雀石（綠）、藍銅礦（藍）、黑銅礦（黑）、石英（白）——就是銅礦及其伴生的脈石。古代人根據經驗尋找銅礦，顏色青綠的孔雀石，伏地生長的紅色銅草都是找礦的標誌。開採後的銅礦石一般需要人為進行挑選，篩出雜質較少的礦石進行初煉，但商代大概主要是從孔雀石銅礦中鍊銅，孔雀石含銅量高，也可能不經富選直接入爐冶煉。

2. 初煉

銅礦石接下來需要加以破碎，然後與充作燃料和還原劑的木炭一起投入爐中，將温度升至1100℃進行初煉，煉得的銅液凝固即得粗銅。粗銅一般仍含有較多雜質，還需進行下一步精煉提純。

3. 精煉

精煉時，粗銅被放入熔銅設備中進行熔化，且根據所要鑄造的器具種類不同，加入一定比例的錫鉛等合金成分，來調節青銅的性能。加入錫鉛的操作，或稱為“調劑”，其分量最早在《周禮·考工記》中有所記載：“六分其金而錫居一，謂之鐘鼎之齊；五分其金而錫居一，謂之斧斤之齊；四分其金而錫居一，謂之戈戟之齊；三分其金而錫居一，謂之大刃之齊；五分其金而錫居二，謂之削殺矢之齊；金錫半，謂之鑑燧之齊。”

精煉銅使用的工具在不同時期，形制多有差異，其中最為人所熟知的當屬“將軍盔”。“將軍盔”為陶質坩堝，周身呈赤紅色，由紅土燒製而成，因形狀與後世倒放的頭盔相近，故而被當時參加殷墟考古的工作者取做此名，下圖即為安陽出土“將軍盔”。精煉時，粗銅與木炭便是置於其中，在炭火之上或陶窯之中加熱，某些出土的坩堝片上還留有小孔，專家推測可能是曾連接陶管，向內鼓氣助燃之用。

安陽殷墟出土“將軍盔”

關於精煉時的爐温，《周禮·考工記》也有文字記載：“凡鑄金之狀，金與錫黑濁之氣竭，黃白次之；黃白之氣竭，青白次之；青白之氣竭，青氣次之；然後可鑄也。”在這裏“金”即指銅，銅錫合金在精煉過程中，先是原料中所附着的碳氫化合物進行燃燒，生成黑濁的氣體；接下來隨着温度的升高，一些氧化物、硫化物和金屬揮發出來，形成黃白、青白之氣；當這些雜質都氣化揮發之後，火焰呈青色時，青銅就製得了。“爐火純青”一詞就來源於此，指青銅精煉時的火候温度，這種根據火焰的顏色來進行判斷的方法，也被視為化學中火焰鑑別法的開端。

青銅冶煉在中國的發展

在中國，青銅時代大體是指夏商周三代，此時世界範圍內的青銅冶煉工藝均為火法鍊銅，這一面貌直至我國濕法鍊銅的技術發明後才被改變。最早在西漢劉安的《淮南萬畢術》中曾有“曾青化鐵為銅”的記載，曾青又稱膽礬，指天然硫酸銅或其他可溶性銅礦物。將鐵放入膽礬溶液中，發生置換反應，膽礬裏的銅離子被金屬鐵置換製得單質銅，其化學反應式如下。到宋代時，濕法鍊銅被廣泛應用於生產，併成為我國生產銅的主要方法之一。

在我國，青銅不僅與生產生活息息相關，青銅器還成為了祭祀和權力的代言。青銅禮器要按照階級來使用，不可越級；傳説中大禹鑄造九鼎，夏、商、週三代流傳，成為王權的象徵，“問鼎”一詞沿用至今。青銅文明在整個中國歷史長河中熠熠生輝，透過一件件精妙絕倫的器具，我們穿越了時光的限制，望見千年前的吉光片羽。

參考文獻

[1]朱鳳翰.中國青銅器綜論[M].上海:上海古籍出版社,2009.

[2]北京鋼鐵學院《中國古代冶金》編寫組.中國古代冶金[M].北京:文物出版社,1978.

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