古代是如何而煉制金屬

滿意答案う櫻花い翼16級2010-11-11 在早期的文明國度和地區中，中國使用銅、鐵等金屬的年代相對說來是較晚的。但是，由於中國在冶鑄技術方面的發明和創新，使中國的冶金業很快就後來居上，躍升於世界的前列，並為中國古代文明的高度發達奠定了堅實的物質基礎。從這裏我們可以看到壹個技術進步帶動生產發展，並進而促進社會文明進步的典型範例。埃及大約在公元前5000年時開始進入青銅時代，公元前1000年左右開始進入鐵器時代；美索不達米亞地區大約在公元前7000年時開始利用自然銅，公元前4000年時開始進入青銅時代，公元前1200年左右開始進入鐵器時代；愛琴海地區大約在公元前3300年時開始進入青銅時代，公元前1000年左右開始進入鐵器時代；印度大約在公元前2500年時開始進入青銅時代，公元前800年左右開始進入鐵器時代；而中國是在公元前1500年左右開始進入青銅時代，公元前500年左右開始進入鐵器時代的。中國冶金史上的壹個最突出的特點，是鑄造技術占有重要的地位，以至於鑄造既作為成形工藝而存在，又成為冶煉工序中的壹個組成部分，達到了“冶”與“鑄”密不可分的地步。因此在古代文獻中往往是冶鑄並稱，並對中國文化產生了深刻的影響。如常用詞匯“模範”、“範圍”、“陶冶”、“就範”等，都是由冶鑄技術衍生而來的。這種冶與鑄密不可分的冶金傳統，是古代世界上其它國家和地區所無法比擬的。1.青銅冶煉被認為是中國古文明象征的商周到戰國的青銅器，在某種意義上可以說是鑄造技術所造就的。中國開始冶煉青銅的時期雖然晚於西方約千余年，然而後來居上，冶煉水平很快超過了西方。從重875公斤的司母戊方鼎、精美的曾侯乙尊盤和大型的隨縣編鐘群，以至大量的禮器、日用器、車馬器、兵器、生產工具等，可以看到當時中國已經非常熟練地掌握了綜合利用渾鑄、分鑄、失蠟法、錫焊、銅焊的鑄造技術，在冶鑄工藝技術上已處於世界領先的地位。而《考工記》中所記載的：“金有六齊。六分其金而錫居壹，謂之鐘鼎之齊。五分其金而錫居壹，謂之斧斤之齊。四分其金而錫居壹，謂之戈戟之齊。三分其金而錫居壹，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”，是世界上最早的合金配比的經驗性科學總結，表明當時中國已認識到合金成分與青銅的性能和用途之間的關系，並已定量地控制銅錫的配比，以得到性能各異，適於不同用途的青銅合金。《考工記》中還記載有：“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，然後可鑄也”，說明當時已掌握了根據火焰的顏色，來判定青銅是否冶煉至精純程度的知識，這是後世化學中火焰鑒別法的濫觴。用以比喻工夫達到純熟完美境界的成語“爐火純青”，就是由此引伸出來的。在煉銅中的另壹項重要成就是濕法煉銅，也叫膽銅法。這是利用煉丹家所發現的鐵對銅離子的置換反應，進行冶銅的方法。其工藝過程是把硫酸銅或碳酸銅（古稱曾青、膽礬、石膽等）溶於水，使成膽水，然後投鐵塊於溶液中，因鐵的化學性能比銅活潑，鐵離子會置換出銅來。這是世界上最早的濕法冶金，宋代已用此法進行大規模的煉銅生產。2.鑄鐵冶煉中國冶煉塊鐵的起始年代雖然遲至公元前6世紀，約比西方晚900年，然而冶煉鑄鐵的技術卻比歐洲早2000年。中國鑄鐵的發明出現在公元前5世紀，而歐洲則遲至公元後的15世紀。由於鑄鐵的性能遠高於塊鐵，所以真正的鐵器時代是從鑄鐵誕生後開始的。社會發展的歷史表明，鑄鐵的出現是社會生產力提高和社會進步的主要標誌。中國從塊鐵到鑄鐵發明的過渡只用了約壹個世紀的時間，而西方則花費了近三千年的漫長路程。中國古代煉鐵技術發展得如此迅速是世界上絕無僅有的。英國著名科學史家貝爾納說，這是世界煉鐵史上的壹個唯壹的例外。由於生鐵含碳量高，雖硬但脆，不耐碰擊，易毀壞，為改進生鐵的性能，中國古代發明了壹系列的生鐵加工技術：其中，首先是戰國時期問世的鑄鐵柔化術。該項技術又分為兩類，壹類是在氧化氣氛下對生鐵進行脫碳熱處理，使成白心韌性鑄鐵；壹類是在中性或弱氧化氣氛下，對生鐵進行石墨化熱處理，使成黑心韌性鑄鐵。而在西方，白心韌性鑄鐵的生產技術1722年方由法國人首次記述，黑心韌性鑄鐵是1831年才在美國問世的。到漢代，鑄鐵柔化術又有新的突破，形成了鑄鐵脫碳鋼的生產工藝，可以由生鐵經熱處理直接生產低、中、高碳的各種鋼材，中國從此成為世界上的先進鋼鐵生產國。其產品亦隨著中外交通貿易的發展，輸運到周圍各國以及中亞、西亞和阿拉伯壹帶。另壹傑出的生鐵加工技術是炒鋼，它是中國古代由生鐵變成鋼或熟鐵的主要方法，大約發明於西漢後期。其法是把生鐵加熱成液態或半液態，並不斷攪拌，使生鐵中的碳份和雜質不斷氧化，從而得到鋼或熟鐵。河南鞏縣鐵生溝和南陽瓦房莊漢代冶鐵遺址，都提供了漢代應用炒鋼工藝的實物證據。東漢時成書的《太平經》中也說：“有急乃後使工師擊治石，求其中鐵，燒冶之使成水，乃後使良工萬鍛之，乃成莫耶。”“莫耶”乃古代寶劍之稱。這段文字雖失之疏簡，但不難看出，它敘述的是由礦石冶煉得到生鐵，再由生鐵水經過炒煉，鍛打成器的工藝過程。炒鋼工藝操作簡便，原料易得，可以連續大規模生產，效率高，所得鋼材或熟鐵的質量高，對中國古代鋼鐵生產和社會發展都有重要的意義。類似的技術，在歐洲直至十八世紀中葉方由英國人發明。中國古代的煉鋼技術主要是百煉鋼。自從西晉劉琨寫下“何意百煉鋼，化為繞指柔”這壹膾炙人口的詩句後，“千錘百煉”、“百煉成鋼”便成為人們常用的成語。百煉鋼肇始於西漢早期的塊煉滲碳鋼，其後不斷增加鍛打次數而成定型的加工工藝。到東漢、三國時，百煉鋼工藝已相當成熟。上引《太平經》中的“萬鍛之，乃成莫邪”，即是其生動的寫照。曹操曾令工師制作“百辟利器”，曹丕的《典論·劍銘》中說：“選茲良金（指鐵），命彼國工，精而煉之，至於百辟”。劉備曾令“蒲元造刀五千口，皆連環，及刃口刻七十二湅”。《古今註·輿服》亦說：“吳大帝有寶劍三，……壹曰百煉，二曰青犢，三曰漏景”。後世這壹工藝壹直被繼承，並不斷得到發展。此外，在1981年經中國學者關洪野等人對513件出土的漢魏時期鐵器研究後表明，中國早在兩千多年前的漢代就已經發明了球墨鑄鐵，遠遠早於發達的歐洲國家。目前，中國學者所做的結論已經得到了國際學術界的承認。創始於魏晉南北朝時期的灌鋼技術，是中國冶金史上的壹項獨創性發明。陶弘景說：“鋼鐵是雜煉生柔作刀鐮者”，北齊的綦母懷文“造宿鐵刀，其法燒生鐵精以重柔鋌，數宿則成剛”，說的就是灌鋼技術。灌鋼的工藝過程大致為，將熔化的生鐵與熟鐵合煉，生鐵中的碳份會向熟鐵中擴散，並趨於均勻分布，且可去除部分雜質，而成優質鋼材。灌鋼技術在宋以後不斷被改進，減少了灌煉次數，以至壹次煉成。沈括在《夢溪筆談》卷三說：“世間鍛鐵所謂鋼鐵者，用柔鐵屈盤之，乃以生鐵陷其間，泥封煉之，鍛令相入，謂之‘團鋼’，亦謂之‘灌鋼’”，並說“二三煉則生鐵自熟，仍是柔鐵”，正反映了灌煉次數的減少。其中把柔鐵屈盤起來是為了增加生熟鐵的接觸面，提高灌鋼的效率，並促使碳份分布更均勻；封泥則可以促進造渣，去除雜質，並起保護作用。明代灌鋼技術又進壹步發展，據《天工開物》卷十四記載，已把柔鐵屈盤改為薄熟鐵片，進壹步增加了生熟鐵的接觸面，加速“生熟相和，煉成則鋼”的進程，泥封亦改為草泥混封。灌鋼又稱“抹鋼”、“蘇鋼”，其工藝自清至近代仍很盛行。在坩堝煉鋼法發明之前，灌鋼法是壹種最先進的煉鋼技術。銅、鐵外，中國古代冶煉和使用的金屬還有金、銀、汞、鉛、錫、鋅等，其中鋅的煉制是中國首先發明的。中國在先秦的青銅中已把鋅作為伴生礦加入銅合金中，從漢代至元代更是有意識地把鋅的氧化物“爐甘石”加入化銅爐中，以生產鋅為主要合金元素的銅合金黃銅。明代時，則開始了大規模地用爐甘石作原料提煉金屬鋅。從十六世紀起，中國的鋅便不斷傳進歐洲。歐洲到十七世紀才開始煉鋅，其工藝也是源自於中國。