商代青铜矿料开采冶炼技术论文
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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。
商朝的矿产资源与开采技术商朝是中国历史上第一个有文字记载的王朝,其繁荣与发展离不开丰富的矿产资源和先进的开采技术。
本文将从商朝的矿产资源、开采技术以及其对商朝经济与社会发展的影响三个方面进行探讨。
一、商朝的矿产资源商朝地处黄河流域,拥有丰富的矿产资源,包括铜、铁、锡等多种金属矿产以及石炭、盐等非金属矿产。
铜矿是商朝最重要的矿产资源之一,商代青铜器的制作与流传离不开铜矿的开采和冶炼。
铜矿多分布在今天的河南、陕西等地,商朝国君通过开发铜矿将其转化为财富,推动了商朝的经济繁荣。
同时,商朝还有丰富的铁矿资源,铁器的制作对于农业生产和战争起到了重要的推动作用。
此外,锡矿常用于青铜合金的生产,也是商朝经济发展中重要的资源之一。
二、商朝的开采技术商朝在矿产资源的开采方面具备先进的技术。
商代的铜矿开采多采用露天开采和井矿开采相结合的方式。
铜矿露天开采以开凿坑道和挖掘大型矿坑为主,通过露天开采,商朝国君可以更加高效地开采大量的铜矿石,满足青铜器生产的需求。
而井矿开采则是通过井道的方式进入地下矿脉,将铜矿石运出。
这种开采方式需要较高的技术水平和劳动力投入,商朝不仅在开采技术方面做出了重要的突破,同时也建立了相应的管理体系和专门的矿工队伍。
另外,商朝还使用了冶炼技术将矿石转化为实用的金属。
冶炼是金属加工的关键步骤,商朝的冶炼技术十分先进。
商代铜器的冶炼多采用炼炉的方式,通过高温使铜矿石进行熔炼和精炼,获得质量良好的青铜材料。
商朝的冶炼技术在当时的世界上处于领先地位,为青铜器的制作提供了可靠的物质基础。
三、矿产资源与商朝社会经济的影响商朝的矿产资源和开采技术对于商朝社会经济的发展产生了深远的影响。
首先,丰富的矿产资源为商朝提供了巨大的经济支撑。
铜矿和铁矿的开采不仅推动了青铜器和铁器的制作,也为商朝的对外贸易提供了重要的商品。
商代的青铜器驰名中外,成为商朝的重要特色,通过青铜器的贸易,商朝获得了大量的财富,同时也促进了与周边国家的文化交流与商贸往来。
商朝的冶金技术古代冶炼工艺与青铜制作商朝的冶金技术:古代冶炼工艺与青铜制作商朝是中国历史上重要的一个朝代,其独特的冶金技术和精湛的青铜制作艺术成就了中国青铜器的辉煌。
本文将介绍商朝时期的冶炼工艺以及青铜制作过程,探索古代冶金技术的内涵与发展。
一、商朝的冶炼技术商朝时期,冶金技术是社会发展的重要组成部分。
商朝人在冶金技术方面取得了丰硕的成果,不仅掌握了铜的冶炼,还将其应用于青铜器的制作。
商朝的冶炼技术主要包括开采矿石、提炼金属、熔炼合金等过程。
1. 开采矿石商朝时期,人们主要开采绿松石、赤铜矿等矿石。
绿松石中含有铜、铁等金属元素,是制造青铜器的重要材料。
赤铜矿则是提炼金属铜的主要矿石。
开采矿石的过程需要进行较深的地下开挖,然后将矿石运送到冶炼厂进行后续处理。
2. 提炼金属商朝人通过冶炼工艺提炼出纯净的金属铜。
首先,他们将矿石破碎并加热,使其中的杂质逸出,留下富含铜的矿渣。
随后,将矿渣与木炭共同加热,木炭中的炭热将铜的氧化物还原为纯铜,并最终熔化得到熔融的金属。
3. 熔炼合金商朝时期最具代表性的成就之一便是青铜器的制作。
青铜器是在铜基础上添加锡、铅等其他金属元素,形成合金材料,经过浇铸成型、打磨雕刻等工序而成。
商朝人通过不断探索和实践,逐渐掌握了合金比例和工艺技巧,制作出了许多珍贵的青铜器。
二、青铜制作的工艺过程青铜制作是商朝冶金技术的精华之一,商代的青铜器堪称古代工艺中的瑰宝。
以下是一般青铜制作的工艺过程,仅供参考:1. 设计与制模在青铜制作开始前,需要根据设计要求绘制青铜器的图纸或制作模型。
这一步骤要求艺术家具备较高的技术和审美能力,能够将设计理念转化为具体的形态与比例。
2. 制作蜡模蜡模是青铜制作的重要工具,制作好的蜡模将被用于浇铸铜液。
制作蜡模时,艺术家需要将设计好的模型描绘在几何工作台上,然后用蜡线准确地勾勒出各个部位的形状和尺寸。
3. 烝铜与浇铸青铜制作的下一步是烝铜,即用蜡丝包覆整个蜡模,待蜡模覆盖完整后,将其加热,使蜡模完全熔化并从石膏壳中流出,形成铸型。
商朝的科技与发明冶铸技术与纺织工艺商朝的科技与发明——冶铸技术与纺织工艺商朝是中国历史上第一个有文字记载的王朝,它的兴起和发展离不开先进的科技和发明。
在商朝时期,冶铸技术和纺织工艺是商朝人民重要的生产方式,为商朝社会经济的繁荣做出了巨大贡献。
本文将从冶铸技术和纺织工艺两个方面,探讨商朝的科技与发明。
一、冶铸技术商朝的冶铸技术是中国古代金属冶炼技术的重要里程碑,对后世的冶炼技术产生了深远的影响。
商朝的人们掌握了使用青铜进行冶炼的技术。
青铜是铜和锡两种金属的合金,具有较高的硬度和耐腐蚀性,适合用于制造各种器物。
商朝的青铜器以其精美的外观和独特的造型而闻名于世,如商代鼎、壶、觥等。
这些青铜器不仅用于实用,也具有宗教仪式上的重要地位,体现了商朝人民对艺术和宗教的崇尚。
冶铸技术的发展离不开对原材料的深入研究。
商朝人们发现了青铜的合金比例对其性能和质量有重要影响,通过不断试验和总结经验,逐渐掌握了合适的铜锡比例。
同时,商朝人们还改良了冶炼设备,如炉子、铸模等,提高了冶炼效率和产品质量。
这些技术的创新为中国古代冶铸技术的发展奠定了基础。
二、纺织工艺纺织工艺是商朝人民日常生活中不可或缺的部分,纺织技术的发展为商朝的经济繁荣和社会发展提供了重要支撑。
商朝的人们熟练掌握了棉花、麻和丝绸的纺织技术。
他们通过对纺纱、织布的实践总结经验,逐渐改进纺织工具和技术,提高了生产效率和产品质量。
商朝的织布技术已经相当精湛,制作出的棉麻纺织品质地柔软,丝绸织品更是细腻光滑,被誉为“中国的珍宝”。
商朝的纺织工艺不仅满足了人们的日常需求,也成为商朝与周边国家进行贸易的重要商品。
商朝时期,中国的丝绸开始流传到更远的地方,丰富了商朝的经济文化交流,也对后世的纺织业产生了深远的影响。
结语商朝的科技与发明,特别是冶铸技术和纺织工艺,为商朝社会的经济繁荣和文化发展做出了重要贡献。
商朝人们通过不断的实践和总结经验,推动了冶铸技术向更高层次的发展,并且在纺织工艺领域取得了长足的进步。
夏商周青铜器的冶炼和铸造(二)铜锡铅的冶炼上期说到铜的开采。
可能有读者质疑当时的生产力。
首先有必要说明的是,无论是开采、冶炼或是铸造,整个矿业的发展很大程度上依靠当时的奴隶社会制度。
换句话说,最早的这些“矿工”或是“技师”的身份大多是奴隶,地位是很低的。
虽然和原始的部族社会制度相比,奴隶制破坏了平等与公有的关系,但也吸纳了更多劳动力,扩大了生产规模和社会分工,加上相对严格的阶级制度,其生产力是现在很难想象的。
如埃及金字塔这样的工程,非奴隶制不能及。
言过正传,这期继续谈一谈青铜中几种金属的冶炼。
由于铜的冶炼难度较大,我们重点会在这里讨论。
众所周知,古中国文明不是第一个掌握金属冶炼的文明,但却是金属冶炼技术发展最快也是成就最高的文明,对铜和铁的冶炼技术一直领先世界一千多年,一直到工业革命才被逐渐赶超。
其中的原因,很有可能是由于在陶器时代积累的丰富经验,古人通过烧制陶器,逐渐掌握了高温技术、基本的陶窑结构和筑窑耐火材料,并且懂得用木炭同时充当燃料和还原剂的作用,控制窑内气氛为还原性。
作为第一次对金属的尝试,在铜冶炼工艺中很多方面就源自陶器烧制,而铜冶炼的成熟也直接推动了铁冶炼的发展,这种一脉相承是很明显的。
虽然铜矿石的种类繁多,各地也不尽相同,但就冶炼来说,基本的原理无非就是高温还原成铜单质,再液化重新铸成纯铜锭,所以冶炼的重点在于还原和高温。
具体地说,还原就是保持体系内木炭的量充足,高温就相对困难,要求能够使铜还原并融化,这个温度大约在1100度左右。
为了达到高温的要求,古人做了许多尝试。
早期的铜冶炼中,使用坩埚炉来进行反应。
在郑州二里岗文化(夏)和安阳殷墟(商)都有发现类似的坩埚,称为“大口尊”或“将军盔”,这种坩埚最初由红陶或黑陶烧制,后演变成由铜质的容器为胎,外部敷上草拌泥,将铜矿石和木炭放入其中,点燃并鼓风,就可以进行冶炼。
这种坩埚或大或小,高30厘米左右,直径30厘米至80厘米不等,一次约能熔铜10公斤左右。
商朝的科技创新青铜冶炼与纺织技术的突破商朝的科技创新:青铜冶炼与纺织技术的突破商朝是我国古代历史上一个重要的朝代,其在科技领域的创新在当时乃至后来的历史上都起到了重要的推动作用。
其中,青铜冶炼和纺织技术的突破被视为商朝科技成就的重要里程碑。
一、商朝的青铜冶炼技术创新与进步青铜文化是商朝文化的核心代表,以青铜器的铸造和应用为特征。
商朝的青铜冶炼技术可追溯到早期商朝,而在中晚期商朝时期达到了一个高峰。
青铜冶炼的技术创新主要表现在以下几个方面:首先,商朝人对于青铜矿石的选择和提炼技术方面取得了重要突破。
他们发现了丰富的锡矿石资源,并掌握了将锡矿石与铜矿石进行合理配比的方法。
这样一来,青铜的成分与品质得到了大幅提高,铜器的质量也更为优异。
其次,商朝的青铜冶炼技术还在冶炼设备、生产工艺以及工人技能方面得到了进一步的提升。
商代的青铜冶炼主要采用坑窑炉,这是一种高炉冶炼的初步形式。
同时,商代的冶炼工艺也非常复杂,涉及到矿石破碎、炼铜、铸造、精加工等一系列工序。
工人们在传承和发展中不断积累了丰富的经验,使得整个冶炼过程更加熟练高效。
另外,商朝的青铜冶炼技术还促进了社会分工与生产力的提升。
青铜冶炼需要大量的劳动力和各种专业技术,因此商朝社会产生了专门从事冶铜工作的阶层,这对于社会分工的发展具有重要意义。
同时,青铜冶炼技术的进步也极大地推动了当时生产力的发展,为商朝的经济繁荣奠定了基础。
二、商朝的纺织技术突破与文化发展纺织技术是商朝另一个重要的科技创新领域,对于当时社会的发展和商代文化的繁荣起到了巨大的推动作用。
商朝的纺织技术主要表现在以下几个方面:首先,商朝人利用新的织造工具和纺织材料的改进,提高了纺织品的质量和生产效率。
在古代纺织技术中,最重要的一项创新是引入了纺轮。
相较于手工纺纱,纺轮的使用大大提高了纺纱速度和纺纱质量。
同时,商朝还发现了利用蚕丝制作丝绸的方法,并开始进行丝绸生产,为后来的丝绸之路的形成与发展奠定了基础。
商朝的冶铸业与青铜文明青铜器的制作与流传商朝是中国历史上第一个有文字记载的文明时期,也是中国青铜器制作发展的高峰时期。
冶铸业的兴盛极大促进了青铜器的制作与流传,成为了商朝文化的重要组成部分。
一、商朝的冶铸业发展商朝的冶铸业得到了蓬勃发展,冶炼技术和铸造工艺也日臻完善。
商朝时期,人们掌握了从矿石中提取金、银、铜等金属的方法,并且能够熔炼和铸造青铜器。
这使得商朝的冶铸业成为当时经济的支柱之一。
二、青铜器的制作工艺青铜器的制作需要经过繁琐的工艺流程。
首先,需要选材,选择合适的铜矿石进行冶炼。
然后,将冶炼出的铜液倒入铸型中,并等待铸型冷却凝固后,在铸型的内部形成所需的器物形状。
之后,进行打磨、抛光等工序,使器物表面光滑细腻。
最后,进行装饰,雕刻纹样或者添加装饰件,使青铜器更加精美。
三、青铜器的流传与意义青铜器在商朝社会中发挥了重要的作用。
首先,青铜器被广泛用于礼仪活动、祭祀仪式等重要场合,成为了展示贵族身份和神圣权威的象征。
其次,青铜器作为一种宗族文化的象征物,通过丰富的图案和纹饰,传递了宗族的历史、传统和文化内涵,承载了丰富的社会意义。
此外,青铜器也被大量埋藏在商朝的墓葬中,作为陪葬品供奉给已故的贵族,用于祭奠和纪念。
四、青铜器的文化价值青铜器承载了商朝的文化和艺术,具有极高的历史和艺术价值。
青铜器的纹饰中蕴含了丰富的象征意义,反映了当时社会的生产、生活和精神世界。
它们所承载的历史信息和文物价值,为研究古代社会和文化提供了重要的实物资料。
同时,青铜器也给后世的艺术家和文化传承者提供了灵感和启示,对后世文化的发展产生了深远的影响。
总结:“商朝的冶铸业与青铜文明青铜器的制作与流传”是一个重要的历史话题。
商朝时期的冶铸业的兴盛为青铜器的制作与流传提供了坚实的基础,而青铜器作为商朝文化的重要组成部分,不仅仅是一种实用的工艺品,更是一种文化的载体,承载着商朝社会的历史记忆和文化内涵,对中国文化的发展产生了深远的影响。
商朝的科技创新青铜冶炼与农耕技术商朝是中国历史上第一个有文字载载的中央集权制度的王朝,诞生于公元前1600年,发源于黄河流域,对于中国古代文明的形成和发展有着重要的影响。
在商朝的发展进程中,科技创新在青铜冶炼与农耕技术方面发挥了重要作用,本文将对商朝在这两个方面的科技创新进行探讨。
青铜冶炼是商朝的一项重要科技创新。
商朝的流传下来的青铜器文物数量众多,这些青铜器不仅显示了商朝人民高超的冶炼技术,也展示了商朝社会繁荣的情景。
商朝具备了较高的冶炼技术,掌握了铜矿的开采与冶炼工艺。
商朝人民通过对铜矿资源的开发和冶炼技术的改进,逐渐获得了大规模的青铜制品生产能力。
青铜冶炼的发展在一定程度上推动了商朝社会的进步与发展。
商朝的农耕技术也取得了重要的突破。
商朝人民依托黄河流域丰富的水利资源,发展了灌溉农业。
他们开挖了许多水渠和灌溉渠道,进行高效的灌溉工程,为农田提供了足够的水源,不仅增加了耕种面积,也提高了农作物的产量。
同时,商朝人民还掌握了良种繁殖和农业管理的技术,通过选育和种植高产的作物品种,提高了农作物的质量和产量。
商朝的农耕技术创新为当时的农业生产带来了革命性的变化,推动了农业的发展,为商朝社会的繁荣做出了重要贡献。
除了青铜冶炼与农耕技术的创新,商朝在其他科技领域也取得了突出的成就。
商朝的文字系统,以甲骨文为主要代表,形成了一套完整的文字体系,并应用于政务和祭祀等领域。
这一创新为商朝的国家管理和社会秩序的维护提供了重要工具。
此外,商朝还在建筑工艺、陶瓷、纺织等领域积累了丰富的经验,使得商朝在各个领域都取得了重要的科技突破。
综上所述,商朝在科技创新方面表现出色,青铜冶炼与农耕技术是其最重要的两个方面。
商朝的青铜冶炼技术在古代具有重要地位,不仅为社会经济的发展做出了贡献,也体现了当时人民对于冶金技术的深刻理解和应用。
商朝的农耕技术则为农业生产创造了优越的条件,提高了农作物的产量与质量,为当时的经济繁荣打下了坚实基础。
商朝的矿产资源与冶炼技术商朝是中国历史上重要的一代朝代,其矿产资源丰富且冶炼技术发达,对当时的经济和社会发展起到了积极的推动作用。
本文将从商朝的矿产资源、冶炼技术以及其对经济和社会的影响这三个方面进行探讨。
一、商朝的矿产资源商朝地处黄河流域黄土高原,拥有丰富的矿产资源。
最为著名的就是商代出产大量铜器的青铜矿。
青铜矿产于今天的陕西、甘肃等地,其中以陕西渭南和金沙两地的青铜矿最为出名。
除了青铜矿外,商朝还有丰富的铁矿、锡矿、铅矿等矿产资源。
这些矿产资源的丰富度为商朝的冶炼技术提供了基础。
二、商朝的冶炼技术商朝的冶炼技术在当时是非常先进的。
商代人掌握了铜冶炼的技术,使得青铜文明得以迅速发展。
他们采用的主要冶炼方法是铸造法。
铸造法是指将铜矿石经过选矿、炼矿等工序后,熔炼成铜液,再将铜液倒入铜器模具中进行铸造。
商代人的铸造工艺水平相当高,许多铜器都精致绝伦,工艺考究。
另外,商朝的冶炼技术还有其他方面的突破。
他们研究出了以锡合金为原料的锡铅冶炼技术,使锡铅合金得以广泛应用于制作各种耐腐蚀、硬度较高的器物。
同时,商代人还掌握了制作合金的技术,将铜与其他金属如铅、锡等进行合金化,以获得更高品质的青铜器。
三、商朝冶炼技术的影响商朝的冶炼技术在当时起到了巨大的推动作用。
首先,商朝的矿产资源得以充分开发,大量铜矿、锡矿等被挖掘出来,为当时的经济提供了强大的支撑。
其次,铸造技术的进步使得制造精良的青铜器成为可能,这些铜器不仅在经济交流中发挥重要作用,还成为统治阶级社会地位的象征。
冶炼技术的发展,也反过来促进了商朝社会的进一步发展。
商朝的冶炼技术还对后世产生了深远的影响。
商代的冶炼技术成为后世青铜冶炼技术的基础,对后来的冶炼技术发展具有重要意义。
此外,商朝的冶炼技术也促进了其他工艺技术的繁荣,如金属器具的制作、造船技术的发展等。
综上所述,商朝的矿产资源丰富且冶炼技术发达,为当时的经济和社会发展提供了强有力的支撑。
商代人的冶炼技术不仅在当时起到了重要作用,还对后世产生了深远的影响。
夏商周青铜器的冶炼和铸造(一)铜矿的开采青铜器文化的繁荣发展,必然根植于矿业工艺的不断进步,所以了解青铜器的“生前事”对我们这些“身后人”大有裨益。
青铜是铜、锡和铅的合金。
其实在青铜出现以前的夏朝早期,人们已经发现并利用了自然界中的红铜,其铜纯度相当高,这样的尝试意义重大,但因为地面可采集的自然铜很少,且纯铜的性质较软,并不适合作为工具。
只有与其他金属混合形成合金后,各项性能才适于制作工具等。
这里就不深入讨论了。
到了夏朝晚期开始发现青铜器具出现,但对于在何时开采出铜矿,又是何时从铜矿冶炼得到较纯的金属,仍没有定论。
关于铜矿及找矿的最早记载出自《管子·地数篇》:“出铜之山,四百六十七山,出铁之山,三千六百九山。
”可见中国铜铁的分布是比较广泛的,而中国的传世青铜器数量之多,也说明了古代铜矿的开采和冶炼具有相当的规模。
然而由于采矿遗址深埋地下,不易被发现,而且年代久远难以辨认,导致长期以来没有发现古矿的遗址。
直到1973年湖北大冶铜绿山古矿遗址的发现,为研究古代冶矿史填补了空白。
随后相继有矿址发现,到目前在各地发现的大型矿冶遗址主要有六处:江西省瑞昌铜岭遗址、湖北大冶铜绿山遗址、内蒙古林西大井遗址、新疆尼勒克奴拉赛遗址、湖南麻阳遗址、安徽铜陵牛金洞遗址。
从地理位置上可以看出,铜矿冶炼的发展和中国文明发展类似,“满天星斗、八方雄起”,既有中原文化中心地区,也有南方和西北地区,也证明了青铜器文化的很有可能不是单一起源。
虽然这些矿址有的所用矿石为孔雀石(碱式碳酸盐),有的为硫化铜矿石,但总的来说大同小异,冶炼提取的流程是类似的。
铜绿山遗址我们不妨以湖北大冶铜绿山遗址为例,看看开采铜矿是如何进行的。
根据出土陶片分析和碳14测定,此矿开始开采的上限在商代晚期,一直延续到春秋、战国甚至西汉,规模在当时也应算得上是相当大的。
矿井附近有炼炉遗存,地面上被一米多厚的炉渣覆盖,总重量达到四十万吨左右,通过与当地采集的孔雀石比较,估算出古时光在此地提炼的红铜,就在四万吨左右,作为古代遗址这是很惊人的。
商代青铜矿料的开采与冶炼技术探讨摘要:本文对商代的铜矿等青铜矿料的开采与冶炼技术进行了系统考察。
尤其是对一些有争议性的问题进行了深入探讨,并提出了自己的看法。
关键词:商代;青铜矿料;开采与冶炼;技术中图分类号:k22 文献标识码:a文章编号:1009-0118(2012)09-0258-02夏商周三代由于大量使用青铜器,因此被称为“青铜时代”。
由于青铜(主要是指铜锡合金或铜锡铅合金)在当时是非常重要的原料,因此,研究青铜文化,自然也少不了对铜矿、锡矿及铅矿的开采及冶炼状况进行考察。
从目前来看,还没发现夏代的古铜矿遗址,铜矿等矿料的开采情况阙如,但是,商代的古铜矿遗址已经发现,并且商代的青铜铸造业规模很大,其铜矿等矿料的开采及冶炼术和青铜铸造技术应更为成熟。
下面我们主要就商代青铜矿料开采和冶炼技术中一些关键问题展开论述。
一、商代铜矿的开采方法商代由于青铜器物数量大增,青铜原料的需求也大增,所以,铜矿等矿料的开采也是大规模的了。
由于商周时期矿料的开采仅见于铜矿,所以我们只能以铜矿为例来说明矿料的开采情况。
根据考古学和碳十四测年这两方面所提供的科学依据,瑞昌铜岭古铜矿至少在商代中期(约公元前14世纪)已经开采,是迄今较为肯定的开采时代最早的古矿遗址。
我们将结合商代古铜矿遗址的考古发掘报告及有关研究,对商代铜矿的开采方法做简要叙述。
(一)露采和坑采当矿工们确定铜矿的开采范围后,自然会对直接露头、或者埋藏较浅的矿体进行开挖。
这种开挖方式简单、直接,由浅入深,也即所谓的“露采”(或露天开采)。
商周的古矿遗址中,经常发现在开挖的矿体底部有废弃物,然而有时在废弃物下面却有竖井出现,这充分表明开采矿石一般是由浅到深,从露在地表或较浅的矿体先开采,然后再开采更深的矿体。
比如,铜岭古矿的露采区主要分布在铁山矿体南坡,这里矿体厚,品位高,覆盖层薄,较易进行露采。
然而出露地表的矿体总是有限,更多的矿石是隐伏在围岩或浅层矿体之下的。
当表层矿体采完或者露天开采更为耗时费力而经济效益较低时,则会采用坑采(又称地下开采)的方法。
坑采方法主要有两种,单一开拓法和联合开拓法。
单一开拓法,顾名思义,指仅用单一的竖井、斜井或平巷的方法进行开采。
南方地区由于矿体破碎,往往使用竖井开拓法。
以铜绿山遗址为例,铜绿山经常发现由若干个竖井组成的密集井群,在易开掘的矿石上开拓竖井,开掘井筒就是开采矿石过程,矿石开采完,竖井就到底。
要继续开采就需另打新井,竖井越多,工作面越多,矿石产量也就越高。
由于一般矿体埋藏都较为复杂,单一的开拓法往往也不够用。
随着掘井技术的发展,联合开拓法成为主要方式。
这种方式是竖井与平巷结合,按照矿体走向,联合进行开拓。
一般是先从露头开拓竖井,达到富矿带时,开始开拓平巷,井巷的开拓过程,也就是采矿面扩大的过程,也就是采矿过程。
井巷越多,意味着矿石的产量也愈高。
从铜岭商代古矿的开采情况看,单一开拓法用得较多,这表明商代由于开采工具和经验的限制,开采方法相对简单。
(二)井巷支护系统铜矿的坑采过程中,无论是开拓竖井还是平巷,都会形成采空区,为了保持井巷的稳定和矿体采空区上下、侧面等压力的平衡,确保采矿区不致坍塌和开采工匠的安全,商代工匠们发明了引人注目的井巷支护系统。
所谓支护,用通俗的话表达,就是在所挖的竖井和巷道中用木材连接成一付付方形框架,框架外侧布衬木棍、竹编织物等作为支护,以防止围岩塌落。
南方地区矿体围岩往往破碎松软,因此支护系统非常发达。
铜岭和铜绿山古矿遗址的井巷中,支护的型式有所不同,而且,时代不同,同一遗址的支护型式可能也会有所不同。
总的趋势是,从商至东周,支护系统向更坚固、更有效率的方向发展。
商代的井巷支护型式相对简单。
据研究,瑞昌铜岭商代中期竖井支护为同壁碗口接内撑式,晚期稍微加固,称为“同壁碗口接内撑加强式”支护。
平巷支护一般由顶梁、立柱和地梁构成框架,顶和巷帮分别用棍或板封闭。
商代中期采用碗口接厢架式支护,晚期则采用开口贯通榫接厢架式支护。
另外,从铜岭古矿遗址遗存的商代采矿遗物或遗迹中,我们看到采矿作业实际上是一个严密的系统工程。
除了开挖井巷进行采矿外,还必须有探矿、选矿、排水、矿物运输、照明等一系列的作业进行配合。
这表明,至少从商代开始,已经形成了较为完整的铜矿开采系统工程,这种系统工程,凝聚着多种技艺和工艺,同时也凝集着当时工匠们对地质、矿物性质等方面的认识,和铸造青铜器的工艺流程一样,无疑都属于当时最为尖端的技术。
铜矿开采及其冶炼的复杂性,暗示着只有国家这一级的政治实体才有能力进行青铜矿料的开发,并控制青铜原料的供应。
二、矿料的冶炼及有关问题的讨论根据商代出土青铜器的成分分析,商代已经能够分别单独冶炼铜矿、锡矿及铅矿,在冶炼出纯的铜、锡及铅金属后,并能够进行有意识的合金配置,从而配置出所需要的青铜原料。
(一)铜矿的冶炼商代古铜矿遗址和冶铸遗址总是发现有孔雀石的存在,商代的铜矿冶炼应是以氧化型铜矿石(如孔雀石,(cu2co3)(oh)2)的还原冶炼为主流。
对于商代是否有硫化铜矿石的冶炼问题,目前还不是很明确,即使存在,也可能是在商晚期。
从现代化学的角度来看,氧化型铜矿石被冶炼成红铜的反应非常简单,是一个很简单的把铜元素从其氧化矿石中还原出来的过程。
以孔雀石冶炼为例,反应如下:(cu2co3)(oh)2→2cuo+co2↑+h2o↑cuo+c→cu+co↑cuo+co→cu+co2↑co2+c→2co↑在这个反应中,木炭既提供热量又起到还原剂的作用,只要控制好温度和还原气氛,冶炼出红铜没有问题。
在反应过程中要提高温度,则铜液和渣能够很好分离,于是较纯净的红铜就完全可以冶炼出来了。
(二)锡矿和铅矿的冶炼至少从二里头遗址晚期,工匠们已能够炼制纯锡和纯铅,这是可以证实的。
根据中国社会科学院考古研究所编著的《偃师二里头》报告附录二,二里头遗址三期遗存中出土有一件铅块,长3.6cm,宽3.3cm,近方形,其层位编号为ⅳh76:48,经x荧光仪分析检测,含cu2.13%,pb95.90%,sn1.97%。
这是目前我国发现的最早的铅质遗物,这清楚表明至少夏代晚期已经可以冶炼纯铅了。
尽管至还没有发现夏商时期锡料及锡质遗物,但我们认为,发现锡遗物应是迟早的事情。
锡器所以较少发现,原因之一也许与锡金属有所谓的“锡疫”现象有关。
所谓的“锡疫”,是指锡器在13摄氏度以下,会变为粉末状灰锡,发生这可能是锡器相对铅器不易保存的原因之一。
从二里头晚期青铜器所含锡量来看,夏代晚期应经能够单独冶炼锡矿,从技术继承角度来说,商代自然也能够进行锡矿的冶炼。
另外,从商代早期青铜器合金的含锡状况来看,也可间接证明当时完全能够进行纯锡的冶炼。
三、矿物冶炼炉的型式问题在讨论了青铜矿料的开采及冶炼技术后,另一个重要问题就自然会被提到,那就是铜矿冶炼炉子的型式问题。
这个问题也很重要,因为这不仅涉及到冶炼技术的高低程度,也涉及到炼铜的生产力问题。
西周以前,铜矿炼炉到底是什么样式,还是个未知数。
由于商代铜矿的冶炼技术可能是来自烧陶技术,因此有些学者认为,早期冶炼的炉子可能与陶窑密切相关。
周嘉华认为,龙山文化后期,人们可能利用类似于横穴窑的地穴式窑炉,在窑内加上木炭和铜矿石,进行冶炼铜矿石。
在夏商时期,冶炼铜矿石的炼炉可能有以下三种型式:第一可能是最原始的方法。
即一层燃料一层矿石堆好,然后点燃冶炼。
由于燃烧温度低,化学反应不完全,所以冶炼效果较差。
这种方法在古代欧洲曾采用过。
第二是采用类似烧陶的竖穴窑或横穴窑的炼炉。
第三是采用接近当时烧陶的圆窑或方窑的炼炉。
第二或第三种可能性显然比第一种大。
因为后面的两种炼炉,虽然一半在地下,一半在地面上,靠自然风,但由于温度较高,所以反应效果会好些。
但是由于炼渣和红铜分离不好处理,所以只能破炉取铜。
这也可能是早期炉子不易发现的原因之一。
另外,商代陶窑最明显的进步是窑室高出了地面。
大型的熔炉也大多修筑在地面之上,这体现了一定的的进步,因为这容易保温和利用热能。
估计炼铜炉可能也朝着向地面筑炉的方向发展。
从商代晚期可以铸造“司母戊方鼎”这样大的容器来看,熔铜炉必定会有鼓风设备,否则炉子很难达到熔铜的温度。
从这点来看,商代晚期冶炼炉子应有鼓风设备。
商代的铸造遗址经常发现所谓的“大口尊”、“大口缸”等,其内外均涂有草拌泥,且也可能从上面鼓风。
有学者认为,这种炉子也可以用来炼铜,早期的炼铜炉大概就是这种型式;但是这种炉子不能连续操作,需要毁炉取铜,所以生产效率比较低。
对于殷墟常见的所谓“将军盔”,这些学者认为作为炼铜炉子的可能性不大。
理由之一是“将军盔”的容积很小,在这么小的容积里要达到高温并保持还原性气氛很难,不易炼出铜来。
商代铸造作坊遗址中所发现的“大口尊”“大口缸”等容器,到底是炼铜的炉子还是熔铜的容器?或者兼而有之?这个问题还需要更多探究。
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