中國古代煉鋅工藝,冶煉技術,,鋅高溫下易揮發(fā),、難捕獲,,其冶煉技術的出現(xiàn)和成熟的時間較晚,。
在古代,鋅又被稱作白鉛,、水錫,、白水鉛、倭鉛等,,由于在高溫下易揮發(fā),、難捕獲,故其冶煉技術的出現(xiàn)和成熟的時間較晚,。2013年6月至8月,,重慶市文化遺產研究院在對忠縣洋渡臨江二隊冶煉遺址的考古發(fā)掘中,發(fā)現(xiàn)了兩座保存較完好的冶鋅爐,,終于揭開明代煉鋅工藝的神秘面紗,。
我國是世界上較早發(fā)現(xiàn)和煉制鋅的國家。在古代,,鋅又被稱作白鉛,、水錫、白水鉛,、倭鉛等,,由于在高溫下易揮發(fā)、難捕獲,,故其冶煉技術的出現(xiàn)和成熟比銅,、鐵、錫,、鉛等金屬晚得多,。煉鋅史的文獻研究、民族學調查過去雖有一些開展,,但從考古角度研究煉鋅問題卻是最近10多年才有的,。而今,隨著煉鋅遺址的發(fā)掘和田野考古工作的深入,,古人煉鋅過程及細節(jié)也被逐漸還原,。
據(jù)悉,我國已確認的古代煉鋅遺址有36處,,重慶市是分布數(shù)量最多的地區(qū),,共有20余處,,主要分布在豐都、石柱,、酉陽,、忠縣等地。其中,,位于忠縣洋渡鎮(zhèn)的臨江二隊冶煉遺址,,是迄今為止三峽地區(qū)發(fā)掘的規(guī)模最大、保存最完好的明代冶鋅遺址,。
忠縣洋渡臨江二隊冶煉遺址是三峽消落區(qū)的規(guī)劃保護項目之一,,距今已有500多年歷史。該遺址東西長約300米,,南北寬40至60米,,埋藏面積約1.5萬平方米。2013年6月至8月,,重慶市文化遺產研究院對該遺址實施了2100多平方米的考古發(fā)掘,,共清理出與冶煉相關的各類遺跡125個,出土陶,、瓷,、鐵器、銅器等遺物700余件,,其中發(fā)現(xiàn)了兩座保存較完好的冶煉爐,,是三峽地區(qū)乃至全國目前所發(fā)現(xiàn)保存最完好、結構最清晰的明代冶鋅爐,。
學界普遍認為,,中國關于煉鋅技術的最早記載出現(xiàn)在明末宋應星所著的《天工開物》一書中。以往,,明代煉鋅爐究竟長什么樣,,考古學家們只能根據(jù)發(fā)掘出土的殘存爐窯和史料推斷。而現(xiàn)在,,通過對出土冶煉爐進行科學分析,,結合《天工開物》中所記載的冶煉程序,明代煉鋅工藝的場景得以被再現(xiàn)還原,。重慶市文化遺產研究院副院長白九江介紹,,這一發(fā)現(xiàn)對于復原明代煉鋅爐的形制、了解煉鋅工藝流程,、研究煉爐形制發(fā)展變化等提供了寶貴的實物資料,。
據(jù)介紹,煉爐平面為長條形,由爐床,、窯室兩部分組成,。爐床多建于生土上,床面上用條形磚砌置墩磚,,個別可見墩磚上橫向的過橋磚,,墩磚與過橋磚共同構成爐柵;窯室呈馬槽形,,兩端墻體用土坯或磚直接在爐床上壘砌,,兩側墻體建在爐柵上,用條形磚錯縫平砌,,結構頗為精巧,。
此外,白九江還介紹,,冶煉遺址往往成群分布,每個遺址由若干個冶煉場構成,。單個冶煉場主要由工作區(qū),、生活區(qū)和廢棄堆積區(qū)三部分構成。工作區(qū)內由煉爐,、堆煤坑,、堆礦坑、蓄水池等系列設施構成,;生活區(qū)是作坊工人起居生活的場所,,同時也是產品的存放地;廢棄堆積區(qū)是傾倒煤渣,、殘破反應罐等冶煉廢棄物和生活垃圾的場所,。遺址往往位于臨江低地或沖溝,便于運輸,、用水,、傾倒廢棄物等。
自然界的鋅一般為氧化鋅,,還原溫度是904℃,,而單質鋅的沸點為906℃,由于還原溫度與沸點非常接近,,所以通常還原后獲得的是氣態(tài)鋅,,如果沒有快速冷凝的回收裝置,氣態(tài)鋅會逃逸或迅速氧化為氧化鋅,。那古人究竟是如何克服這一難題的呢,?
《天工開物·五金》提供了明代煉鋅的“密封蒸餾法”,然而研究者過去只能憑想象復原當年的冶煉技術。隨著田野考古工作的展開,,大量與煉鋅工藝流程有關的遺物,,如反應罐、煤渣,、煤餅,、鋅礦、鋅錠,、冷凝蓋等出土,,加上對幾座保存完好的冶煉爐的考察,冶金考古專家們基本揭示了捕捉氣態(tài)鋅的奧秘——借助特制的反應罐,。冶煉鋅首先將鋅礦石和煤敲碎并混勻,,填裝于專門制成的反應罐內,并盛入適量水,,然后,,在罐口處用黃泥做出冷凝窩封閉反應罐,并從反應罐的肩部用泥條往上盤筑形成10厘米左右的空腔,,加冷凝蓋形成冷凝區(qū),。為防止高溫冶煉過程中罐體發(fā)聲爆裂,反應罐在入爐前需在外壁包裹一層黃泥,,后將其放置于煉爐的爐柵之間,,四周堆放煤餅、爐渣,,爐柵下投放柴薪,、木炭等燃料。用火點燃薪炭引燃煤餅后,,反應罐內發(fā)生系列反應,,還原出的鋅蒸汽通過冷凝窩的通氣孔上升至冷凝區(qū)冷卻,便可得到金屬鋅結晶,。待冷卻完畢,,打破反應罐即可取出鋅塊。
不過,,專家們也表示,,通過上述方式得到的鋅是粗鋅。一般還要通過炒鋅進行精煉,,才能得到比較純凈的鋅,。
近年來,通過一系列煉鋅考古調查發(fā)掘,,冶金考古學家們對煉鋅的起源時間也有了新的認識,。
白九江認為,,近期煉鋅考古成果將我國單質鋅冶煉的歷史提前。關于單質鋅的始煉時間,,著名錢幣專家周衛(wèi)榮提出了明晚期說,,認為中國單質鋅的冶煉萌生于明嘉靖年,形成于明萬歷年,,這一說法得到了學界的公認,。而通過對近年來考古發(fā)現(xiàn)的年代檢測表明,單質鋅的冶煉歷史很可能要早于明嘉靖時期,。
去年,重慶冶金遺址群被列為第七批全國重點文物保護單位,。白九江表示,,這是對重慶地區(qū)近年來煉鋅考古收獲的肯定,也是煉鋅考古重要突破的必然結果,,對我國古代煉鋅史,、冶金史研究有重大意義。這一系列冶鋅遺址不僅填補了我國古代冶金史的空白,,提供了全新的實物資料,而且在世界冶鋅技術的起源和發(fā)展研究中也具有十分重要的意義。
我國開始冶鋅的年代在學界仍有爭議,,然而煉鋅技術的高超程度毋庸置疑。一艘從瑞典哥德堡港附近打撈上來的1745年(清代乾隆年間)由中國駛達歐洲的沉船中,,發(fā)現(xiàn)純度高達98.99%的鋅錠,,可見當時技藝的高超,。然而中國是否為最早冶鋅的國家仍有爭議,。近年來,部分學者認為印度是最早發(fā)明煉鋅術的國家,。兩國煉鋅均采用了泥罐蒸餾法,冶煉的溫度也大致相同,,但在冷凝方式上截然不同,。兩國的煉鋅技術是各自獨立發(fā)展起來的還是有傳承關系,因匱于充足的佐證材料而尚難定論,。而歐洲卻遲至18世紀才開始注意到鋅的存在,,比中國晚400年左右。
在古代,鋅的主要用途是與銅合煉為黃銅,。我們常在某些古裝劇上看到,,一些商人通過牙咬來辨別黃金真?zhèn)危跉v史上確有其事,。在古代,,就有利用黃銅與黃金顏色相近,而冒充黃金進行交易的行為,。黃金質軟,,用指甲能劃出淺痕,牙咬能留下牙印,,而黃銅是合金,,硬度大。
明代嘉靖年間,,錢局已經大量使用鋅鑄造黃銅錢,。據(jù)史料記載,明世宗嘉靖6年開鑄“嘉靖通寶”,,由此開始采用黃銅鑄錢,。云南會澤發(fā)現(xiàn)過一枚巨型“嘉靖通寶”,重41.47公斤,,直徑58厘米,,為世界罕見。經專家鑒定屬紀念性質,,當為明代嘉靖時期東川府開始鑄錢時,,為紀念開爐而鑄,具有較高的保存和研究價值,。