自然界的红铜矿并不多 , 那青铜器所用的铜是如何冶炼出来的? 【前一阵去陕西博物馆 , 陕博的展馆参观路线基本是按照年代进行的 , 从陶器时代走到青铜时代的时候 , 我突然产生了一个疑问:青铜器所用的青铜属于合金 , 铜和其他金属是有相对确定的比例的 , 那么这就要求铜的纯度比较高 , 也就是说 , 挖出来的铜矿需要冶炼 , 在科学技术并不发达的古代 , 到底是通过什么来还原的呢?】 (文/观察者网专栏作者 叶子) 谈及青铜 , 人们脑海中最先浮出的画面大多是雄伟庄严的后母戊鼎 , 是造型精美的四羊方尊 , 是寒光凛凛的越王勾践剑 , 心中升腾起对古人高超制造技艺的钦佩 。 中国的青铜文明博大精深 , 今天希望这篇文章能够带领大家由“知其然”走向“知其所以然” , 一起来领略古人的智慧结晶 , 看看青铜到底是如何冶炼出来的 。
青铜器制造流程 青铜是什么 首先我们从化学的角度来看一下 , 青铜到底是什么 。 铜 , 大家都不陌生 , 它是一种常见的金属 , 初中化学课本里这样描述 , “常温下带有金属光泽的紫红色固体” 。 自然界中 , 铜矿的露头处存在着含铜量高达98~99%的自然铜 , 也称红铜或纯铜 。 它质地柔软 , 延展性好 , 无需加热处理 , 锻打加工即可获得所需要的形状 , 最早在公元前7000多年的中东地区 , 便有农耕部落制造的红铜装饰物被发现 。 青铜 , 广义上指所有以铜为主要成分的合金 , 但在考古界 , 一般是指有一定比例锡、铅的铜基合金 。 锡 , 是我们常常提到的“五金”——金、银、铜、铁、锡——之一 , 银白色光泽的软金属;铅 , 高密度柔软的蓝灰色金属 , 但是常温下在空气中易氧化 , 表面会形成一层氧化膜 。 红铜质地比较软 , 在铸造时需要的温度也较高 , 但在加入锡或铅后形成合金 , 其熔点降低 , 硬度增加 , 颜色也由红变白亮 , 虽然韧性有所损失 , 整体变得更脆 , 但是只要控制好比例 , 韧性能保持在一个合适的范围 。 19世纪30年代丹麦考古学家G·J·汤姆森提出人类物质进化史的分期概念 , 他根据人类在不同时代使用的生产工具 , 将人类文明历史划分为石器时代、青铜时代和铁器时代 。 实际上 , 现代考古发掘证明 , 红铜的发现与使用都在青铜之前 , 但是为什么历史学家没有划定一个时期叫做红铜时代呢?这主要是因为人类使用红铜的同时 , 也普遍使用着石器 , 红铜制品大多都是一些小件器物 , 用于装饰 , 对整体社会生活意义不大 , 也无法替代石器制品的使用 , 所以红铜时代便没有被考古学界广泛接受 。 此外还有很多人疑惑 , 为什么铜先于铁被人类发现和利用呢?这主要是因为铜色彩艳丽 , 易吸引人类的目光 , 且在自然界中存在天然矿藏 , 熔点也只有1087℃ , 更易进行冶炼 。 而与之相反的铁 , 自然界很少有自然铁 , 它主要是以氧化物或者其他化合物的形式存在 , 铁矿石与普通石料难以区分 , 此外铁的熔点在1537℃ , 远高于铜 , 难以冶炼 , 即便从矿石中提炼出来 , 也是呈现海绵状 , 不经捶打 , 无法成材 。 综上几点 , 人类对金属的冶炼和利用 , 先是从铜开始 。
红铜的冶炼 青铜是一种比较复杂的合金 , 含有多种元素 , 冶炼技术出现较晚 , 我们先来研究一下成分较为单一的红铜的冶炼 。 在自然界中 , 红铜是天然存在的 , 因其颜色鲜艳 , 非常容易吸引人们的目光 , 世界上先在发现的最早的铜器就是由红铜铸造的 , 但在我国尚未发现 。 学者们推测 , 人类或许在最初是将红铜矿石当作普通石料进行打磨 , 并发现了红铜良好的延展性 , 它不似石头那样容易碎裂 , 而是可以捶打变薄 , 制成形状各异的装饰品 。 后来 , 人类又渐渐摸索出加热到一定温度后的红铜会变软 , 更易塑形 , 铜的熔点时1083℃ , 若设烧到制陶时的最高温度(1000℃) , 红铜还可以熔化成铜水 , 冷却凝固后能随容器形成一定形状 。 但是红铜在自然界中存量毕竟不多 , 与其共生的一种常见含铜矿石——孔雀石——也开始走向了人类的视野 。 孔雀石 , 化学分子式为Cu2(OH)2CO3 , 因其色彩与孔雀的羽毛相似 , 所以得名 。 它与红铜矿石常常分布在一起 , 又因为颜色与铜锈相近 , 所以考古学家们推测古代炼铜最早是从孔雀石开始的 。 人类开始尝试将孔雀石投入炉火中 , 在木炭存在的情况下加热到1083℃时 , 铜便经由氧化还原反应而制得 , 反应式如下:
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