古代中期金、銀、鉛、錫和青銅冶煉技術(shù)

奴隸制社會在技術(shù)上的最大成就，就是冶金的發(fā)明。在自然界中，金、銀、銅這三種金屬可以有單體存在，所以早在原始社會就被人們發(fā)現(xiàn)和使用了。金閃亮發(fā)黃，銀潔白而有光輝，它們不易被氧化，有較好的化學(xué)穩(wěn)定性；金銀比重較大而硬度不高，容易刻劃上紋痕，具有很高的延展性。正因為具有這些性質(zhì)，加之在自然界里存量較少，所以被當(dāng)作貴金屬，用于充當(dāng)貨幣和加工成珍貴的裝飾品。埃及人在公元前3000年已掌握了鍍金、包金、鑲金錯銀技術(shù)，并會將金銀拉成細絲用來刺繡。

中國在商代以前已出現(xiàn)了金沙淘洗加工技術(shù)，西周時已有了在銅矛、矛柄和車衡二端包以極薄金片的包金技術(shù)。春秋戰(zhàn)國時期又出現(xiàn)了"鎏金"技術(shù)，春秋后期還產(chǎn)生了在器物表面嵌入金銀絲的"金銀錯"工藝。

天然純銅(紅銅）在自然界里較易揀到。它能發(fā)出燦爛的光輝，用錘擊敲打的辦法就可制成各種形狀的器皿和裝飾品。人們還發(fā)現(xiàn)，紅銅可以被熔化，注入特殊的容器中能鑄成所需形狀的器物，還可以重新熔鑄，這些優(yōu)點是石器無法相比的。但純銅硬度低，產(chǎn)量又少，不能完全取代石器作為主要的生產(chǎn)工具，對社會生產(chǎn)力的提高影響不大，所以在新石器時代后期有一個金(銅）石并用的時期。西南亞、埃及和中國，都在公元前5000年左右進入這一時期。

由于自然銅常常是夾雜在銅礦石中的，所以熔鑄自然銅的實踐很自然地會引導(dǎo)人們掌握了用銅礦石來冶煉銅。錫和鉛在自然界里沒有單體存在，但他們的熔點較低，分別為231.8℃和327.5℃，很容易被從架起陶器以燒煮食物的礦石中還原出來。因此，用礦石冶煉銅、錫、鉛等金屬的技術(shù)便誕生了。具有劃時代意義的青銅冶鑄技術(shù)便隨之發(fā)展起來了。

青銅是將銅與錫或鉛配合而熔鑄成的合金。與純銅相比，青銅的熔點較低，硬度較高。如在純銅中加15％的錫，熔點降至960℃；若加25％的錫，熔點為800℃。純銅的布氏硬度為35，若加5～7％的錫，硬度增高到50～65；若加7～9％的錫，硬度增高到65～70；若加9～10％的錫，硬度可達70～100。用鉛代替錫，有同樣的效果。熔化的青銅在冷凝時體積略有脹大，所以填充性好，氣孔少，有較好的鑄造性能。這都使青銅在應(yīng)用上有廣泛的適應(yīng)性，所以它很快就代替了石器、木器、骨器和紅銅器，成為重要的生產(chǎn)工具，在人類生產(chǎn)力的發(fā)展上起到了劃時代的作用。

西亞、北非地區(qū)大約在公元前3000年左右就進入了青銅時代，公元前16世紀(jì)青銅器的使用達到極盛時期。西歐和俄國也曾發(fā)現(xiàn)青銅時代的豎井式銅礦開采遺址。古埃及第一王朝的墓葬中，就出土有刀、鋸、斧、鋤、錐等青銅工具。在印度的哈拉巴文化遺址中也發(fā)現(xiàn)了斧、鐮、刀、鋸等青銅制品。

中國的青銅時代，大體上相當(dāng)于夏、商、西周和春秋時期；在殷周時代青銅器的制造技術(shù)可以說達到了獨步世界的高度。

關(guān)于礦石的采掘，戰(zhàn)國時期的著作《管子.地數(shù)》篇總結(jié)出了礦物與礦苗之間的共生關(guān)系的探礦知識。其中說："山，上有赭者，其下有鐵；上有鈆(鉛）者，其下有銀；上有丹砂者，其下有黃金；上有慈石者，其下有銅金；上有陵石者，其下有鉛、錫、赤銅；……此山之見榮者也。"所謂"山之見榮"，就是礦苗的露頭。這里所說的"黃金"，即指黃銅礦，呈現(xiàn)銅黃色；"銅金"指黃鐵礦，因呈黃銅色易誤為銅。

湖北大冶銅綠山的春秋戰(zhàn)國時期的古銅礦井，深達40～50米左右，合理地采用了豎井、斜井、斜巷、平巷相結(jié)合的方式，并較好地解決了井下通風(fēng)、排水、照明、提運和支護等復(fù)雜的的技術(shù)問題；還掌握了通過觀察礦石顏色、光澤和比重進行選礦的技術(shù)。

在冶煉技術(shù)上，《考工記》中記載了世界冶金史上最早的關(guān)于青銅合金配比工藝的總結(jié)。文稱："金有六齊，六分其金而錫居一，謂之鐘鼎之齊；五分其金而錫居一，謂之斧斤之齊；四分其金而錫居一，謂之戈戟之齊；三分其金而錫居一，謂之大刃之齊；五分其金而錫居二，謂之削殺矢之齊；金錫半，謂之鑒燧之齊"。這里的"金"指青銅合金或純銅。青銅中含錫達17～20％則非常堅硬，可作斧斤等工具；作為兵器的戈戟既要有很大的強度，又要比斧斤銳利，所以含錫量在20％以上；而作為樂器禮器的鐘鼎，則要聲音悅耳，顏色美觀，含錫量應(yīng)在15％左右；等等。在兩千多年前能總結(jié)出這一配比規(guī)律，實屬不易。此外，《考工記.鳧氏節(jié)》中，還記載了觀察熔煉過程中火焰的光色以判斷冶煉溫度的方法："凡鑄金之狀，金與錫黑濁之氣竭，黃白次之；黃白之氣竭，青白次之；青白之氣竭，青氣次之，然后可鑄也。"這段總結(jié)是完全符合熔爐內(nèi)的溫度變化過程的。木炭開始燃燒時產(chǎn)生的黑煙形成"黑濁之氣"；隨著溫度的升高，氧化物、硫化物和熔點較低的金屬依次揮發(fā)出來，形成黃白焰色；當(dāng)溫度進一步提高時，銅的氣體所占比例增大，焰色轉(zhuǎn)為青白，當(dāng)青色占絕對優(yōu)勢時，說明銅錫已充分熔合，可以澆鑄了。這種觀察"火候"的方法，至今在某些冶煉工作中仍被采用。

澆鑄是將精煉好的青銅液倒入石制或陶制的范中完成的。春秋中期到戰(zhàn)國時期，單一的陶范鑄造已發(fā)展到綜合使用渾鑄、分鑄、失蠟法、錫焊、銅焊等方法。這個時期的青銅器，壁薄形巧，紋飾纖細清晰，鑄造工藝達到了很高的水平。