黄铜和锌的冶炼

黄铜和锌的冶炼 锌在我国古代又叫“倭铅”、“白铅”。“倭铅”一名最早见于署名“飞霞子”著的《宝藏论》(辽神册三年，公元918年)一中。 据文献记载和一些实物分析，我国用锌的历史大概分三个阶段。 第一阶段是西汉以前。这时锌作为伴生矿成分随铜或者随锡、铅进入铜合金中，铜器含锌量常在万分之几的水平上，个别的比较高，也有含锌量超过百分之二十五的。 第二阶段是西汉到来元时期。这时开始有意地把锌的氧化物如炉甘石加入化铜炉里，氧化锌被还原并立刻溶解到铜中，成为以锌为主要合金元素的铜合金，就是黄铜。这一技术是逐渐成熟的。 第三阶段至迟从明代开始，这时发明了用炉甘石生产金属锌,再用金属锌配制黄铜的方法。明《天工开物》卷十四曾详细地记述了金属锌的生产过程:把十斤炉甘石装入泥罐，用泥封牢，晾干，用煤垫底，用木柴煅烧。炉甘石熔化成团，冷定后破罐取出，就得倭铅，每十斤损耗两斤。原记载虽不尽完美，如遗漏了还原剂等，但基本原理和设备同现代横罐炼锌法是相似的。这说明至迟在明代我国就生产了比较多的金属锌。 黄铜和锌的出现有重要的技术意义。黄铜耐蚀性能、机械性能都比较好，在现代工业中有广泛的用途。 ;我国是世界上最早冶炼并使用了金属锌的国家。欧洲直到十六世纪才了解到锌是一种金属，十七世纪才知道由炉甘石炼锌。这充分显示了我国人民的聪明才智和创造精神。 ; 含镍白铜 我国使用含镍白铜的时间比较早，制炼工艺最初大约是使用一种铜镍矿，后来才使用含镍矿石和铜矿或者和铜一起冶炼的。 文献上关于“白铜”的记载开始见于东晋常璩《华阳国志》，说在令云南会泽、巧泉一带有一座螳螂山“出银、铅、白铜、杂药”。结合后世的大量资料看，这“白铜”就是含镍白铜。因为那一带就产铜和铜镍矿，东晋时候冶炼出含镍白铜是完全可能的。 国内外不少学者对我国生产和使用镍白铜的问题作过研究。有人说早在秦汉时期，我国镍白铜就运到了大夏国，他们还用它铸成了钱币，它的成分和中国的白铜十分接近，含铜百分之七十七，镍百分之二十。十八世纪的时候，西方许多人都极力仿制中国白铜，直到公元1823年才由英国人和德国人仿制成功。以后各种各样的仿制品都进入了市场，最流行的名叫“德国银”。我国白铜的西传，对西方镍白铜的生产和近代化学工艺起了很大的启发和推动作用。 “六齐”是我国古代配制青铜合金的六条规定，见于《考工记》一书，原文如下: “金有六齐:六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐;五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐;四分其金而锡居一，谓之戈戟之齐;三分其金而锡居一，谓之大刃之齐;五分其金而锡居二，谓之削杀矢之齐;金锡半，谓之鉴燧之齐。” 郭沫若(1892—1978)认为，《考工记》原是齐国的官书。“六齐”的“齐”同“剂”，原是调剂、配合的意思。“金”指赤铜。“六分其金而锡居一”就是六分铜一分锡，“金锡半”就是一分铜半分锡。所以“六齐”中各“齐”的含锡量分别是:“钟鼎之齐”百分之一四?三，“斧斤之齐”百分之一六?七，“戈戟之齐”百分之二?，“大刃之齐”百分之二五，“削杀矢之齐”百分之二八?六，“鉴隧之齐”百分之三二?二。 “六齐”的成分配比规定是我国古代青铜技术高度发展的表现，它是许多试验资料的反映和归纳。现有考古资料表明，我国早在夏代(公元前二十一世纪到公元前十六世纪)就掌握了红铜冷锻和铸造技术，夏末商(公元前十六世纪到公元前十一世纪)初就有了青铜冶炼和铸造，商代中期以后就创造了高度发展的青铜文化。目前出土的青铜器中，既有大批礼器、兵器、日用器，也有部分生产工具(包括手工业工具和农具)等。浑厚庄重的司母戊大鼎、技术高超的四羊尊等都是青铜器的精品。兵器都刚强锋利;响器的声音悦耳悠扬。这些都说明 我国人民很早就有了丰富的合金知识。 “六齐”的成分配比规定和现代科学的基本原理是完全相合的。我们知道铜锡合金的含锡量是百分之十四左右的，色黄，质坚而韧，音色也比较好，所以宜于制作钟和鼎。铜锡合金含锡量是百分之十七到百分之二十五的，强度、硬度都比较高，所以宜于制作斧斤、戈戟、大刃和削杀矢。斧斤是工具，既要锋利，又要承受比较大的冲击载荷，所以含锡量不宜太高，否则太脆。戈戟、大刃、削杀矢都是兵器，都需要锋利。戈戟受力比较复杂，对韧性要求比较高，所以在兵刃中含锡量最低。大刃(刀剑)既需要锋利，也要求一定的韧性以防折断，所以含锡量比较高而又不太高。削杀矢比较短小，主要考虑锐利，所以在兵器中它的含锡量最高。铜锡合金含锡量是百分之三十到百分之三十六的，颜色最洁白，硬度也比较高。色洁白，就宜于映照;硬度高，研磨时就不容易留下道痕。所以这种铜锡合金宜于制作铜镜和阳燧。 ;有一点需要指出的是，除了钟鼎外，“六齐”规定成分和考古实物科学分析的成分基本上是不相符合的，原因是:“六齐”并不是生产经验的总结，而是一种试验资料的反映和归纳;人们在生产实践中已对“六齐”成分作了适当的修正。 “六齐”的产生有极大的技术意义和社会意义。它是世界上对合金成分和性能的关系的最早认识。在古代世界中，我国青铜技术的产生并不是最早的，但发展很快。除资源等方面的原因外，在技术方面至少有两点:首先是我国很早就掌握了金属冶炼所需要 的高温技术:其次是很早具有了水平比较高的合金技术。世界上不少国家在公元前二三千年就进入了青铜时代，但发展缓慢。我国却不是这样。我国人民一旦发明了冶铜技术，很快就具有丰富的合金知识，并且迅速地把整个青铜技术推到更高的阶段，建立了世界上最光辉灿烂的青铜文明。