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走进冶锌遗址万博体育登录群 探寻古人炼锌工艺

日期:2018-10-27 01:04

  学界普遍认为,中国关于炼锌技术的最早记载出现在明末宋应星所著的《天工开物》一书中。以往,明代炼锌炉究竟长什么样,考古学家们只能根据发掘出土的残存炉窑和史料推断。而现在,通过对出土冶炼炉进行科学分析,结合《天工开物》中所记载的冶炼程序,明代炼锌工艺的场景得以被再现还原。重庆市文化遗产研究院副院长白九江介绍,这一发现对于复原明代炼锌炉的形制、了解炼锌工艺流程、研究炼炉形制发展变化等提供了宝贵的实物资料。

  在古代,锌又被称作白铅、水锡、白水铅、倭铅等,由于在高温下易挥发、难捕获,故其冶炼技术的出现和成熟的时间较晚。2013年6月至8月,重庆市文化遗产研究院在对忠县洋渡临江二队冶炼遗址的考古发掘中,发现了两座保存较完好的冶锌炉,终于揭开明代炼锌工艺的神秘面纱。

  我国是世界上较早发现和炼制锌的国家。在古代,锌又被称作白铅、水锡、白水铅、倭铅等,由于在高温下易挥发、难捕获,故其冶炼技术的出现和成熟比铜、铁、锡、铅等金属晚得多。炼锌史的文献研究、民族学调查过去虽有一些开展,但从考古角度研究炼锌问题却是最近10多年才有的。而今,随着炼锌遗址的发掘和田野考古工作的深入,古人炼锌过程及细节也被逐渐还原。

  据悉,我国已确认的古代炼锌遗址有36处,重庆市是分布数量最多的地区,共有20余处,主要分布在丰都、石柱、酉阳、忠县等地。其中,位于忠县洋渡镇的临江二队冶炼遗址,是迄今为止三峡地区发掘的规模最大、保存最完好的明代冶锌遗址。

  忠县洋渡临江二队冶炼遗址是三峡消落区的规划保护项目之一,距今已有500多年历史。该遗址东西长约300米,南北宽40至60米,埋藏面积约1.5万平方米。2013年6月至8月,重庆市文化遗产研究院对该遗址实施了2100多平方米的考古发掘,共清理出与冶炼相关的各类遗迹125个,出土陶、瓷、铁器、铜器等遗物700余件,其中发现了两座保存较完好的冶炼炉,是三峡地区乃至全国目前所发现保存最完好、结构最清晰的明代冶锌炉。

  学界普遍认为,中国关于炼锌技术的最早记载出现在明末宋应星所著的《天工开物》一书中。以往,明代炼锌炉究竟长什么样,考古学家们只能根据发掘出土的残存炉窑和史料推断。而现在,通过对出土冶炼炉进行科学分析,结合《天工开物》中所记载的冶炼程序,明代炼锌工艺的场景得以被再现还原。重庆市文化遗产研究院副院长白九江介绍,这一发现对于复原明代炼锌炉的形制、了解炼锌工艺流程、研究炼炉形制发展变化等提供了宝贵的实物资料。

  据介绍,炼炉平面为长条形,由炉床、窑室两部分组成。炉床多建于生土上,床面上用条形砖砌置墩砖,个别可见墩砖上横向的过桥砖,墩砖与过桥砖共同构成炉栅;窑室呈马槽形,两端墙体用土坯或砖直接在炉床上垒砌,两侧墙体建在炉栅上,用条形砖错缝平砌,结构颇为精巧。万博体育登录

  此外,白九江还介绍,冶炼遗址往往成群分布,每个遗址由若干个冶炼场构成。单个冶炼场主要由工作区、生活区和废弃堆积区三部分构成。工作区内由炼炉、堆煤坑、堆矿坑、蓄水池等系列设施构成;生活区是作坊工人起居生活的场所,同时也是产品的存放地;废弃堆积区是倾倒煤渣、残破反应罐等冶炼废弃物和生活垃圾的场所。遗址往往位于临江低地或冲沟,便于运输、用水、倾倒废弃物等。

  自然界的锌一般为氧化锌,还原温度是904℃,而单质锌的沸点为906℃,由于还原温度与沸点非常接近,所以通常还原后获得的是气态锌,如果没有快速冷凝的回收装置,气态锌会逃逸或迅速氧化为氧化锌。那古人究竟是如何克服这一难题的呢?

  《天工开物·五金》提供了明代炼锌的“密封蒸馏法”,然而研究者过去只能凭想象复原当年的冶炼技术。随着田野考古工作的展开,大量与炼锌工艺流程有关的遗物,如反应罐、煤渣、煤饼、锌矿、锌锭、冷凝盖等出土,加上对几座保存完好的冶炼炉的考察,冶金考古专家们基本揭示了捕捉气态锌的奥秘——借助特制的反应罐。冶炼锌首先将锌矿石和煤敲碎并混匀,填装于专门制成的反应罐内,并盛入适量水,然后,在罐口处用黄泥做出冷凝窝封闭反应罐,并从反应罐的肩部用泥条往上盘筑形成10厘米左右的空腔,加冷凝盖形成冷凝区。为防止高温冶炼过程中罐体发声爆裂,反应罐在入炉前需在外壁包裹一层黄泥,后将其放置于炼炉的炉栅之间,四周堆放煤饼、炉渣,炉栅下投放柴薪、木炭等燃料。用火点燃薪炭引燃煤饼后,反应罐内发生系列反应,还原出的锌蒸汽通过冷凝窝的通气孔上升至冷凝区冷却,便可得到金属锌结晶。待冷却完毕,打破反应罐即可取出锌块。

  不过,专家们也表示,通过上述方式得到的锌是粗锌。一般还要通过炒锌进行精炼,才能得到比较纯净的锌。万博体育登录

  近年来,通过一系列炼锌考古调查发掘,冶金考古学家们对炼锌的起源时间也有了新的认识。

  白九江认为,近期炼锌考古成果将我国单质锌冶炼的历史提前。关于单质锌的始炼时间,著名钱币专家周卫荣提出了明晚期说,认为中国单质锌的冶炼萌生于明嘉靖年,形成于明万历年,这一说法得到了学界的公认。而通过对近年来考古发现的年代检测表明,单质锌的冶炼历史很可能要早于明嘉靖时期。

  去年,重庆冶金遗址群被列为第七批全国重点文物保护单位。白九江表示,这是对重庆地区近年来炼锌考古收获的肯定,也是炼锌考古重要突破的必然结果,对我国古代炼锌史、冶金史研究有重大意义。这一系列冶锌遗址不仅填补了我国古代冶金史的空白,提供了全新的实物资料,而且在世界冶锌技术的起源和发展研究中也具有十分重要的意义。

  我国开始冶锌的年代在学界仍有争议,然而炼锌技术的高超程度毋庸置疑。一艘从瑞典哥德堡港附近打捞上来的1745年(清代乾隆年间)由中国驶达欧洲的沉船中,发现纯度高达98.99%的锌锭,可见当时技艺的高超。然而中国是否为最早冶锌的国家仍有争议。近年来,部分学者认为印度是最早发明炼锌术的国家。两国炼锌均采用了泥罐蒸馏法,冶炼的温度也大致相同,但在冷凝方式上截然不同。两国的炼锌技术是各自独立发展起来的还是有传承关系,因匮于充足的佐证材料而尚难定论。而欧洲却迟至18世纪才开始注意到锌的存在,比中国晚400年左右。

  在古代,锌的主要用途是与铜合炼为黄铜。我们常在某些古装剧上看到,一些商人通过牙咬来辨别黄金真伪,在历史上确有其事。在古代,就有利用黄铜与黄金颜色相近,而冒充黄金进行交易的行为。黄金质软,用指甲能划出浅痕,牙咬能留下牙印,而黄铜是合金,硬度大。

  明代嘉靖年间,钱局已经大量使用锌铸造黄铜钱。据史料记载,明世宗嘉靖6年开铸“嘉靖通宝”,由此开始采用黄铜铸钱。云南会泽发现过一枚巨型“嘉靖通宝”,重41.47公斤,直径58厘米,为世界罕见。经专家鉴定属纪念性质,当为明代嘉靖时期东川府开始铸钱时,为纪念开炉而铸,具有较高的保存和研究价值。

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