中国古代的冶金化学+相关补充（图文）_派派后花园

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[人文通史] 中国古代的冶金化学+相关补充（图文）

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天若舞

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中国古代的炼丹术成就了中国最早的化学家。不过，我们现代的冶金技术还差很远。

中国古代的冶金化学

　　中国古代在铜、钢铁、金、银、锡、铅、锌、汞等金属的冶炼史上均居于世界的前列。中国古代的冶金技术，特别是秦汉以后的钢铁冶炼技术及其产品，不断向外输出，对亚洲各国产生很大影响。在著名的罗马学者老普林尼所著《博物志》中曾记载了“中国铁”西传的情况，并认为最优良和最卓越的钢是中国的产品。中国生铁（铸铁）的发明，大约比欧洲早1000多年。英国学者李约瑟认为，欧洲的铸铁技术是在11或12世纪由中国传去的。化学在冶金技术中占有很重要的地位，中国古代在冶金过程中积累了丰富的冶金化学知识。

　　冶炼红铜 　中国先民在不断改进石器和寻找、开采石料的劳动中发现了天然红铜。这是他们最早利用的金属。在今甘肃单纯齐家文化的多处遗址中出土了这类铜质锻造器件。由于当时烧制陶器的技术已相当成熟，既有了耐高温的陶器,又能造成1000°C以上的窑温,这就具备了用矿石冶炼金属的条件。大约在距今5000年前，中国已进入了冶炼红铜的时期。最初是利用孔雀石类氧化铜矿石，将它与木炭混合加热还原，得到金属铜。

　　冶铸青铜 　中国几乎在开始冶炼红铜的同时就出现了青铜，主要是铜锡合金，其中往往含有铅和其他金属。由于其硬度比铜大而且坚韧,熔点也较低，容易铸造,所以得到了较快发展。甘肃马家窑和马厂文化遗址中出土了约公元前2500年的青铜器件。最初冶炼青铜，大概是将红铜和锡矿石、木炭一起合炼而制得的；后来才逐渐发展到先炼出锡、铅，然后再与铜合炼。商和西周时期是中国青铜器的鼎盛时代（见彩图）。　　中国古代在铜、钢铁、金、银、锡、铅、锌、汞等金属的冶炼史上均居于世界的前列。中国古代的冶金技术，特别是秦汉以后的钢铁冶炼技术及其产品，不断向外输出，对亚洲各国产生很大影响。在著名的罗马学者老普林尼所著《博物志》中曾记载了“中国铁”西传的情况，并认为最优良和最卓越的钢是中国的产品。中国生铁（铸铁）的发明，大约比欧洲早1000多年。英国学者李约瑟认为，欧洲的铸铁技术是在11或12世纪由中国传去的。化学在冶金技术中占有很重要的地位，中国古代在冶金过程中积累了丰富的冶金化学知识。

　　冶炼红铜 　中国先民在不断改进石器和寻找、开采石料的劳动中发现了天然红铜。这是他们最早利用的金属。在今甘肃单纯齐家文化的多处遗址中出土了这类铜质锻造器件。由于当时烧制陶器的技术已相当成熟，既有了耐高温的陶器,又能造成1000°C以上的窑温,这就具备了用矿石冶炼金属的条件。大约在距今5000年前，中国已进入了冶炼红铜的时期。最初是利用孔雀石类氧化铜矿石，将它与木炭混合加热还原，得到金属铜。

　　冶铸青铜 　中国几乎在开始冶炼红铜的同时就出现了青铜，主要是铜锡合金，其中往往含有铅和其他金属。由于其硬度比铜大而且坚韧,熔点也较低，容易铸造,所以得到了较快发展。甘肃马家窑和马厂文化遗址中出土了约公元前2500年的青铜器件。最初冶炼青铜，大概是将红铜和锡矿石、木炭一起合炼而制得的；后来才逐渐发展到先炼出锡、铅，然后再与铜合炼。商和西周时期是中国青铜器的鼎盛时代（见彩图）。



河南偃师二里头早商遗址出土了30余件锡青铜器，包括生产工具、兵器和礼器。河南安阳出土的商代晚期礼器“司母戊鼎”是该时期青铜器的代表作，重875千克,是世界上最大的古青铜器，其中铜占84.77％，锡11.84％，铅为2.76％。

　　安阳小屯还出土了殷代的成块锡锭和外镀厚锡的铜盔。殷代墓葬中也发现有铅质酒器。这表明中国至迟在殷代已掌握了金属锡和铅的冶炼技术，有可能加入金属锡、铅炼制青铜。至迟在西周，中国已在冶铸中使用鼓风设备。湖北铜绿山古矿冶遗址还保存有春秋时期的炼铜竖炉，具有金门和鼓风口，已大体具备了现代鼓风炉的雏形。炼铜渣中含铜平均仅0.7％,表明那时冶炼技术已很高。战国后期成书的《周礼·考工记》记载了铸造各类青铜器的“六齐”规则（“六齐”是铸造青铜时铜和锡的六种配方）；战国末期成书的《吕氏春秋·别类编》有“金（即铜）柔锡柔，合两柔则刚”的论述，说明那时对青铜的成分与性能之间的关系已有了较系统的知识。

　 炼铁 　中国先民用铁是从陨铁开始的。河北藁城县台西村曾出土商代的铁刃铜钺。河南浚县辛村也曾出土周初的铁刃铜钺和铁援铜戈。它们都是用陨铁锻炼成的。中国开始冶铁的时间大约在春秋时期。由于那时已经有了丰富的冶铸青铜的经验,进步很快,生铁和“块炼铁”几乎同时出现。长沙识字岭楚墓出土的铁臿、长沙杨家山和窑岭山出土的白口铁鼎是春秋晚期的生铁铸造品；甘肃灵台景字坪秦墓出土的铜柄钢剑和长沙出土的铁削，分别是春秋中期和末期的块炼铁制品。块炼铁冶炼温度低，夹杂物多，但含碳量低，接近于熟铁，熔点高，质地柔软，适于锻造器物；生铁的冶炼温度高，含硫、磷量较大,质地硬脆，但耐磨,适于铸造器物。（见彩图）



　　中国古代的生铁先后发展出了四个品种，即白口铁、灰口铁、麻口铁和韧性铸铁。白口铁发展最早，其中的碳以碳化铁(Fe3C)形态存在，质硬脆耐磨，适宜铸造犁铧之类。最早的灰口铁出土于河北满城西汉墓，用于制作车上的锏。因其中硅含量高，促使碳石墨化，因此脆性减小，而其中的石墨片又具有润滑作用，所以这种生铁正适合铸造轴承材料。麻口铁介于白口铁和灰口铁之间。铜绿山遗址和满城汉墓都有麻口铁犁铧出土。韧性铸铁是将白口铁加热，长期保温而得，碳以团絮状石墨析出，而基体相当于低碳或中碳钢，所以这种铸铁的出现，表明工匠已掌握了退火柔化处理技术。这一工艺在战国初期就初见端倪，后汉、魏晋南北朝时已得到广泛应用。

　　在战国时期，工匠在锻打块炼铁的过程中，由于炭火中碳的渗入而炼成了最早的渗碳钢，并掌握了淬火工艺。这种方法到西汉初年又发展成为百炼钢工艺。在西汉后期又发明了以生铁为原料的炒钢技艺，并从而得到熟铁。大约在晋、南北朝时发明了将生铁和熟铁按一定比例配合冶锻的方法，以调节铁中的含碳量，而创造了“团钢”（又名灌钢）冶炼工艺。中国的炼钢技术在中古时期一直走在世界的前列。

　　中国大约在秦代或汉初开始采煤为薪。河南郑州汉代古荥镇炼铁仍用木炭，在山东平陵、河南巩县铁生沟的汉代冶铁遗址中虽发现了煤块、煤粉和煤饼，但只用作加热炉和退火炉的燃料。五代时开始用煤炼铁。明代后期，中国炼铁不仅主要用煤，而且开始炼制和使用焦炭。

　　古荥镇汉代炼铁炉渣的流动性良好，渣和铁完全分离，炉渣中含CaO25％左右、MgO2.5％、铁生沟汉代冶铁遗址中曾发现石灰石。由此可知，那时冶铁已采用碱性熔剂。

　　胆铜法 　用胆水炼铜是中国古代冶金化学中的一项重要发明。这种工艺是利用金属铁将胆矾溶液中的铜离子置换出来,还原为金属铜,再熔炼成锭。早在西汉时就已有人觉察到这一化学反应，《淮南万毕术》、《神农本草经》就提到：“白青（碱式碳酸铜）得铁化为铜”，“石胆……能化铁为铜”。唐代已有人用这种方法小规模炼制赤铜。北宋时胆铜法发展成为大规模生产铜的重要方法之一，最高年产量曾达180余万斤。

　　淘冶黄金 　黄金都是以游离状态存在于自然界，分沙金和脉金（小金）两种。历史上的早期采金技术都是“沙里淘金”。例如，《韩非子·内储说上》提到“丽水之中生金”。开采脉金的时期就晚得多了，大约在五代之后。在河北藁城县台西村商代中期宫殿遗址中已有金箔出土。河南安阳殷墟也有许多金器出土，所以黄金淘冶加工技术的出现应早在商代前期，湖北随县擂鼓墩战国早期的曾侯乙墓中曾出土金盏、金勺、金盒及金弹簧，表明那时黄金加工技术已达到很高水平。

　　炼银 　银虽有以游离状态或银金合金状态(黄银)存在于自然界的,但很少，主要以硫化矿形式存在,并多与铅矿共生。这种银最初大概就是从冶炼到的铅中发现的。所以银的利用较黄金晚。中国大约在春秋初期才开始采集银。陕西咸阳路家坡出土了东周的银质空首布(货币)。而在战国至汉代的墓葬中已有工艺技术较高的银器随葬品。东汉时期发明了以黑锡（铅）结金银的“灰吹法”。明代著作《菽园杂记》、《天工开物》中有翔实记载。（如图）




　　天然黄金中总混有一些银，又常有人以银掺入黄金谋利，所以提纯黄金，使它与白银分离，在古代成为一门专门的技艺。中国曾先后利用黄矾－树脂法、矾盐法、硫黄法、硼砂法、矾硝法、矾硝盐法来分离金和银，有丰富的经验。

　　炼汞 　在自然界中虽有游离态汞存在,但量很少,主要以丹砂（硫化汞）状态存在。战国时期，中国已用水银作外用药。同时中国发明了利用水银的鎏金术。这种技艺发展到西汉初年已达到极高的水平。河北满城西汉中山靖王刘胜妻窦绾墓出土的“长信宫灯”（如图）



和茂陵（汉武帝墓）出土的鎏金马至今光灿夺目。从丹砂升炼水银的技术，在西汉时兴起的中国炼丹术中得到了很大的发展。方士们在密闭的设备中升炼水银，先后利用过石灰石、黄矾、赤铜、黑铅、铁和炭末来促进硫化汞的分解。南宋时期发明了蒸馏水银的工艺，设计了专用的装置，《天工开物》中也有类似记载（如图）。在中国的医药化学中还曾利用过铅汞齐、锡汞齐。唐代已开始用银锡汞齐作为补牙剂。



　　黄铜 　宋代以前，锌黄铜称为石，唐代已较多见，价值在银、铜之间。明代以前，这种合金是利用炉甘石（碳酸锌矿）和金属铜、木炭合炼而成的。这个炼制方法的记载最早见于五代末期的“日华子点庚法”，是一个炼金术的配方。此法一直沿用到清代。

　　炼锌 　明初中国已掌握了从炉甘石炼取金属锌的技术，那时称这种金属为“倭铅”。16～18世纪中国已向欧洲出口锌锭，18世纪时出口锌的纯度达到99％。明代著作《天工开物》中有世界上现存最早的关于炼锌术的文字记载（如图）。



　　镍白铜 　镍白铜自古是中国云南的特产。东晋常璩《华阳国志》就已记载：“螳螂县因山名也，出银、铅、白铜、杂药。”螳螂县在今滇北会泽、巧家一带。在其附近，东川产铜，贵州章赫县产锌，四川会理有古镍矿遗址。明代云南已大量生产似银的锌镍铜合金，含铜40％～58％，镍7.7％～31.6％，锌25.4％～45％,称为“中国白铜”。清朝康熙、雍正、乾隆三代，白铜大量销往欧洲。



补充：冶金化学

　　冶铁的规模和技术，秦汉时期，特别是西汉中期以后，有很大发展。西汉时期，炼铁高炉已开始使用石灰石为熔剂。东汉末建安年间，曹操命人造“百炼”宝刀五把，曹植为此作赋，说此刀“实真人之攸御”①，说明东汉百炼钢技术的发展似与炼丹术有关。

　　 炼钢技术的继续发展

　　虽然秦汉时期青铜工具逐步被铁制工具取代，但是炼铜技术并没有停顿，而是在继续发展。除青铜外，这个时期还出现了一些新型的铜合金。《淮南子》里有“饵丹阳之伪金”一语。西汉东方朔所撰《神异经·西荒经》中说；“丹阳铜似金，……故《淮南子》曰饵丹阳之伪金，即此也。”据此可知，刘安所谓“丹阳之伪金”即丹阳铜。相传西汉武帝时丹阳人茅盈三兄弟先后入山修炼，“以丹阳岁歉，点化丹阳（铜）以救饥人”，所以“后人以煅粉点铜者，名其法曰丹阳”。葛洪《神仙传》载；“三茅君中之长兄大司命君茅盈冶铜于句容山（属丹阳郡）。”《抱朴子·黄白》里则明确记载了用武都雄黄点化铜为“黄金”的真秘，并且指出这就是刘向得自刘安的作黄金法。可见丹阳铜大概是一种砷黄铜，即含砷量在10％以下的铜砷合金。

　　在现存古籍中，“黄铜”一词最早见于西汉东方朔的《神异经》。在其《中荒经》中说：“西北有宫，黄铜为墙，题曰地皇之宫。”东方朔所见的黄铜大约即丹阳铜。

　　狐刚子在《五金粉图诀》中曾着重讨论“三黄相入之道”和“五金相入与不相入”之道。所谓三黄相入之道，就是用伏火三黄（雄黄、雌黄、砒黄）点化五金（金、银、铜、铁、锡）为药金、药银的方技。如以铜为例，狐刚子指出：“铜得伏雄，异性合同”；“铜得伏雌，成真是非”；“铜得伏砒，柔弱自低”。所谓“五金相入与不相入”之道，当指五金彼此间能否相互结合形成合金的规律。如狐刚子说：“金得银而虚，银得铜而疏，铜得铁而缩，铁得锡而舒，铜得锡而殊，锡得铁而俱。”同书还指出：“雄黄功能变铁，雌黄功能变锡，砒黄功能变铜，硫黄功能变银化汞。四黄功亦能变铁为铜，反铜为银，反银为金。如谷作米，是天地之中自然之道。”这里狐刚子明确提到“砒黄功能变铜”，四黄功亦能“反铜为银”，此“银”当为药银，显然是砷白铜，即含砷量在10％以上的铜砷合金。这表明我国古代炼丹家在东汉就已制得砷白铜。

　　 汞、金、银等的冶炼技术

　　秦汉时期，汞、金、银等金属的冶炼技术也获得了许多新成就。狐刚子在《五金粉图诀》中还记载了“下火上凝”式炼汞法。这种方法是在铁质下釜中放置朱砂，“然后以瓮合之，以羊毛稀泥泥际口”，“先燃腐草”，再以木柴加热下釜，于是朱砂分解生成的水银便升到上瓮，冷凝在内壁上。狐刚子还对该法的水银产率作过定量研究，结论是：“好朱一斤，可得十二两，中朱十两，下朱八两。”据计算，他从优质朱砂（假设是纯HgS）中取得汞的产率已达87％。

　　在《出金矿图录》中，狐刚子首次记录了冶炼金银的“吹灰法”。他说：银“若未好白，即恶银一斤和熟铅一斤，又灰滤之为上白银”。他在“出金矿法”和“出银矿法”中都详细记载了“锡灰坯炉法”，即今所谓的“吹灰法”。东汉道教祖师张道陵所撰《太清经天师口诀》中也记载了炼金银的“吹灰法”：“铅炼金法：用金三十六两，用铅七十二两。作灰抔，火烧令干，密闭四边，通一看孔。安铅抔中。作一铁抔，大小可灰抔上，遍凿作孔，用合灰抔。抔上累炭，炭上覆泥。火之铅尽，还收取金。更作灰抔，如是三七遍，名曰铅炼金也。”
[ 此贴被天若舞在2010-04-30 15:36重新编辑 ]
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ranfeng

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年纪大了，肝不动了！
举报 只看该作者 沙发   发表于: 2011-02-11 0
中国古代的冶炼技术很是高超啊

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心暧13

ZxID：12117319

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拿回自己的名字，开心
举报 只看该作者 板凳   发表于: 2011-02-11 0
感叹=V=

中国人民啊~~当时都是领先的啊。。。〒▽〒

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baixiaofeifei

ZxID：10316486

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举报 只看该作者 地板   发表于: 2011-02-11 0
先进的古代人呀
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jialuchen

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举报 只看该作者 4楼  发表于: 2011-05-26 0
谢谢分享
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