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1.商周时期铜的开采与青铜冶炼

铜是一种坚韧、柔软、富有延展性的紫红色而有光泽的金属。一般认为人类知道的第一种金属是黄金,其次就是铜。铜在自然界的储量很丰富,最初人类使用的铜是存在于自然界的单质的铜,由于加工方便简单,铜也是人类加以利用的第一种金属。

随着人类文明和科学技术的不断发展,世界闻名的埃及文明、两河流域苏美尔文明相继出现了以铜为材料制作的生产工具和装饰艺术品,在伊拉克的扎威彻米发现了公元前一万年至九千年用自然铜制作的装饰品,在伊朗西部的阿里喀什发现的铜制品,据测定其时代可至公元前九千年或七千年,而埃及是在公元前四千年进入了铜石并用时代的。欧洲也经过了铜、青铜与石器并用时期,并逐渐将铜与青铜用于生产劳动工具的制作,尤其是在后期大量使用青铜进行雕刻浇铸,特别引人注目,在公元前六世纪埃及更加成熟的青铜技术传入后,古希腊、罗马出现了相当高超的铜雕塑艺术,出现了波罗奔尼撒半岛的阿尔戈斯等制作铜像的中心地,也造就了波利克莱妥斯这样的青铜雕塑艺术家。

在广阔富饶的东亚大陆,以黄河流域为中心的夏商周中原文明也早已开始了本土青铜艺术的实践与发展活动,从历史和考古资料看中国青铜时代的发展有着相当完整的前后脉络,中国青铜时代从一开始就具有独特的风格,这一点是和欧亚其他文明有所不同的。

中国人很早就知道开采并运用铜来进行简单的加工了,我国在十九世纪五十年代发掘西安半坡仰韶文化遗址时,考古工作者就曾发现有质地不纯的黄铜片,而在西安临潼姜寨遗址中也发现了同一时期的成分不纯的黄铜片,在山东胶县三里河龙山文化遗址中,还曾出土了两件经过科学分析为铜锌合金的合金铜堆,这些资料印证了早在六七千年前我国已经开始开发利用铜为材料了。

随着历史的发展,到了距今四五千年前的原始社会末期,我们中华民族的祖先已经能够比较熟练地掌握铜的开采、矿石的冶炼和小件铜器的制作了,到商周时期,由于铜的冶炼制作技术日臻成熟和器物的制作需求,就要求有大量的铜原料的供应,找矿与矿产技术得到了发展。

矿产一般深埋地下,必须具有一定的科学知识才能进行开采识别,我国古籍《山海经》和《管子》记载:“出铜之山,四百六十七山,出铁之山,三千六百五十山”还记载了出金之山一百三十九处,出银之山二十处,出锡之山五处,说明当时已经有能力发现不少地方有铜矿藏。关于找矿,我国劳动人民根据经验和已掌握的简单知识,总结了很多行之有效的找矿方法,《管子·地数篇》记载:“上有丹河者,下有黄金,上有慈石者,下有铜金,上有陵石者,下有铅、锡、赤铜,上有赭者,下有铁,此山之见荣也”,所谓“荣”即指矿苗,地下的矿藏常因矿物种类的不同,使岩石和土壤呈现出各种物理化学变化,呈现出各种物质颜色,“赭”即赤褐色,即表示地层中有铁矿,“慈石”是指黄铁矿或黄铜矿与磁铁矿共生的现象。

含铜的矿石大多具有鲜艳而引人注目的颜色,这一点已被现代科学所证实,也是现代找矿的重要依据之一,如金黄色的黄铜矿石,鲜绿色的孔雀石,深蓝色的石青,这些像铜氧化以后的铜锈色都显示矿藏的存在。从各处矿藏开采遗迹来看,我国古代劳动人民基本上以矿石色彩来目力定矿。

我国古代开采铜矿,考古遗迹发现很多,如二十世纪五十至八十年代发现的湖北大冶铜绿山矿冶遗址,内蒙古林西大井古铜矿遗址,新疆尼勒克努拉塞古铜矿遗址,湖南麻阳古矿井遗址,安徽铜陵金牛洞古矿遗址,使我们可以了解当时开矿的情况。由于受到生产力水平的影响,商周时期铜矿的开采一般只能采用开凿浅井的方法,采矿主要是以“穴取”为主。湖北省大冶铜绿山铜矿开采冶炼遗址出土的陶片,经碳14测定年代,可知开采矿井的上限是商代晚期,并一直延续到春秋、战国直至西汉,铜绿山使我们看到了古代采矿的实际情况:当时的矿工通过观察自然铜、孔雀石的颜色、光泽进行目力找矿后,再利用简单的器具来测定矿石品位,决定采掘方向,从矿井中清楚看到,矿工们选择了断层接触带中矿石富集、品位极高的地方开采,在采掘方法上,已经有效采取了竖井、斜井、斜巷、平巷相结合的开采方式,并初步解决了井下通风、排水、提升、照明和井架支护等一系列复杂的技术问题,具有当时先进的技术水平和较大的规模,从遗址面积南北长二公里,东西宽约一公里推测当时已采出矿石约数十万吨。内蒙古林西大井古铜矿遗址,也是一座大型的铜矿开采遗址,面积约二点五平方公里,在周围的房屋遗址中发现了陶器、木炭、炼渣等采矿遗物,地表可见露天开采的坑道四十七条,发现了完整的石锤、石斧、石凿等采矿工具一千五百多件,在其中一个矿坑中估计大约采出了一千多吨矿石。除此之外,在湖南麻阳东周时期古矿遗址,还发现一处矿井巷道和木支柱保存较为完整的采矿遗迹,与铜绿山相似,采掘都是首先从地表开始,然后沿着矿脉开采,形成斜井,采用了天然护顶和工字形矿柱支撑,说明在使用工具、安全设施、排水技术等方面都有发展提高。这些矿井遗址,表明商周时期在一个广大的范围内存在着铜矿开采非常繁荣的时期,为商周青铜器的铸造发展准备了充足的材料。

冶矿遗迹显示,从铜矿石中提炼铜的基本方式是:把矿石在空气中焙烧后形成氧化铜,再用炭还原得到比较纯的铜,商周时期基本上采用此种方法提炼纯铜,值得一提的是生产的发展促使中华民族的祖先找到了更为方便科学的冶炼方法,后来发明的水胆炼铜法,就是我国的首创,这也是水法冶金的起源,为世界冶金史做出了重大的贡献。

大约公元前两千年左右,我国进入了初期的青铜时代。青铜是指红铜和其他化学元素的合金,铜与锡的合金称锡青铜,铜与铅的合金称铅青铜,其他还有铅锡青铜,镍青铜、磷青铜等等,我国古代劳动人民在天然铜的开采、冶炼、制作过程中,经过实践经验总结发现完善了青铜这种具有优质特性的合金金属。我国铜器时代,初期天然铜和青铜的运用同时存在,用青铜、红铜、黄铜为铸材,热铸和冷铸的情况都有发现,山东胶县三里河龙山文化遗址中出土的铜锌合金堆,说明当时已经有了简单的铜合金存在,而在甘肃东乡回族自治区林家的马家窑文化马家窑类型遗址中,甘肃永登蒋家坪马家窑文化马厂类型中都发现了青铜合金材料的小刀,到三千年前的夏代,随着铜开采和冶炼技术水平的进步,我国古代劳动人民不仅掌握了红铜的冷铸和锻造技术,而且进一步在实践中随着经验的积累和实际的需求,发现了两种或两种以上的金属,经过高温使之融合在一起可以成为另一种具有新的更优异物理和化学性能的合金,随之在铸造过程中对铜进行了合金改造,制成了青铜合金。青铜是金属中最早的合金,纯铜由于熔融的金属液黏性很大而流动性差,很难铸就大件的高品质的器物,而天然铜中加入了锡、铅或镍、磷等金属后,金属液流动性好,铸造成品器物表面焕发出银色的光泽,而且具有卓越的耐腐蚀作用。

青铜的合金金属配比,是青铜冶炼的关键,我们的祖先很好地解决了这一问题,《周礼·考工记》记载了青铜的著名配比量,即“六齐”,第一次向人们指明了合金性能和合金配方成分之间的关系,是世界上最早的对合金规律的发现,也使我们看到了古代劳动者在实践中展现出的聪明才智。“六齐”指出的六种不同合金比例为:

钟鼎之齐六分其金而锡居一

斧斤之齐五分其金而锡居一

戈戟之齐四分其金而锡居一

大刃之齐三分其金而锡居一

削杀矢之齐五分其金而锡居二

鉴燧之齐金锡半。

《考工记》所记载的金,特指的是纯铜,在我国古代金与黄金是有严格区别的,这六齐明确地指出了铜与锡的化合比例,对青铜的冶炼提供了借鉴和科学的指导,按照这一配方,就可以熟练的成功的得到锡青铜。我国早期的青铜合金,除了看重器物铸成后的外观精美之外,六齐所起到的作用,主要还应该在于要获得不同硬度韧性和其他的机械物理性能,锡青铜一般的含锡量不会超过11%,如果提高含锡量,青铜虽然硬度得到增强,但是更加脆弱易折,锡的用量减少到一定程度,硬度又不够,材质偏软,经不起强力碰撞与长时间的使用,这是经过现代科学所证明了的,我国古代劳动者也发现了这一规律。在原始社会末期到奴隶社会早期,古人知道的金属只有铜锡铅金银等几种,在配置合金时会受到极大的限制,只能在这一狭小的范围内寻找不同的合金比例,青铜的锡与铜的比例当然也不例外,这一合理的配比是经过近千年不断探索而得到的。需要说明的是这一比例也会受到操作者经验的显著影响,但仅就将配比解释得如此之详细这一点来说,是可证明这是几千年来无数代劳动者辛勤和劳动的结晶,是对世界冶金史的一大杰出贡献。

对河南偃师二里头出土的属于夏代晚期的青铜器进行科学分析可知,在早期的青铜铸造中,青铜器成分和合金含量是不确定的,合金比例配合知识尚在初期摸索阶段,而对商代早期二里岗文化时期的青铜器进行分析,青铜成分已经逐渐分为锡青铜和铅锡青铜两类,说明这一时期已经初步掌握了一些铜锡铅合金的配合比例,从成型的器物也可以看出,后者浇铸铜液的流动性能好,纹饰也显得精细,可以得到较高质量的青铜器成品。

商代中晚期的青铜器器物分析表明,合金的成分分配比已日趋完善,铜与锡、铅的比例维持在80%、12%、3%的区间,所作青铜器器形变大,以司母戊方鼎为代表的一大批青铜器制作精良,司母戊方鼎更达到惊人的巨大体积,它高133厘米,长110厘米,宽78厘米,铜器表面效果优异,历千年而不朽,说明合金成分配比已形成一定的标准并形成了产能规模。

在青铜冶炼中对青铜器材料配比的科学实践和总结,为商周青铜器的大发展提供了理论根据,从技术层面上促成了商周青铜器艺术的勃兴。 CS64bslpl70p3Ny/Ky7o7B/NhGewb+H4/1dFlkBPQWUmRhRqdZEkHmBoprQNJYcV

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